しかしながら、上記のような従来の工法では、ケーシングの内径によってハンマーグラブの仕様(サイズあるいは能力)が決定されるため、必然的に一回毎の土砂の掘削揚土量すなわち掴み容量も制限されることになる。
そのため、例えば特許文献2に記載のように、より多くの土砂をケーシング内に取り込むような工夫を施したとしても、ハンマーグラブによる一回毎の掴み容量が制限された状況下では、ケーシングからの土砂の搬出に多大な時間を要し、作業の効率化が図れない。特に掘削深度が大きくなればなるほど土砂排出一回当たりのサイクルタイムが長くなって不経済であり、ハンマーグラブに代わるいわゆる大容量型の掘削揚土用バケットが要望されている。
本発明はこのような要望に応えるべくなされたものであり、一回当たりの土砂の掘削揚土量を従来のハンマーグラブに比べて2〜3倍程度まで拡大化できる掘削揚土用バケットを提供するものである。
請求項1に記載の発明は、掘削揚土用バケットとして、上面が開放されていて土砂収容部として機能する筒状のバケット本体と、このバケット本体の下方に位置して土砂掴み部として機能するシェルとを備えていて、上記バケット本体の下部とシェルの上部とを上下方向で互いにオーバーラップさせるとともに、そのオーバーラップ領域に設けたヒンジピンにてバケット本体に対してシェルを開閉可能に装着して、上下からの土砂の取り込みを可能としたことを特徴とする。
具体的には、請求項2に記載のように、開放状態としたシェルを土砂に貫入させて掘削しつつシェルを閉じることにより土砂を掴む一方で、上面開口部からバケット本体内に土砂を取り込むものとする。これは、従来のハンマーグラブあるいはクラムシェルに代えて用いることを前提としているからにほかならない。
したがって、少なくとも請求項1に記載の発明では、シェルをより深く地中に貫入した上でそれらを掴むべくシェルを閉止動作させれば、土砂掴み部として機能するシェルが掴んだ土砂の容量に加えて、土砂収容部として機能する筒状のバケット本体が受け入れた土砂の容量が上乗せされて、バケットによる一回の土砂揚土量が飛躍的に増大することになる。
特に、先に特許文献2として例示したような立坑の構築に際し、地中に圧入したケーシングに窓部が開口形成してあって、その窓部からケーシング内部に土砂が流入するような場合には、開放されているバケット本体の上面開口部からバケット内に直接土砂を取り込むことが可能となる。
なお、土質性状に応じて掘削土砂に対するシェルの貫入量(食い込み量)を加減するために、請求項3に記載のように、バケットの自重調整のためのウエイトを着脱可能に装着することが望ましい。
また、シェルが掴み取ることができる土砂の量を可及的に大きく確保する上では、請求項4に記載のように、シェルは回転運動をもって開閉動作するものであって、そのシェルの開閉動作に伴いシェルの先端が描く曲線の両端を結ぶ線分(弦)がほぼ水平となるようにシェルの回転中心を設定してあることが望ましい。
ここでは、先に述べた請求項1〜4のいずれかに記載の掘削揚土用バケットの使用を前提として、請求項5に記載のように、掘削揚土用バケットをクレーンタイプの母機であるところの例えばクローラクレーンに索状体を介して吊り下げ支持させて、特にオールケーシング工法に適した掘削揚土装置として構成する。
そして、請求項6に記載のように、上記索状体をシェルに連繋し、この索状体の引き上げ,引き下げ操作に応じてシェルが開閉動作するように構成する。
その上で、請求項7に記載のように、バケット本体の一部に設けられてバケット受け部材に係止させることでバケット全体をバケット受け部材から吊り下げ支持可能な係止部材と、索状体の引き上げ操作に応じてシェルの閉止動作が可能であって且つシェルの閉止完了状態をもってバケット全体を索状体にて吊り下げ可能な実作業状態と、シェルの開放状態をもってバケット全体を索状体にて吊り下げ可能な非作業状態とを選択的に切り換える切換手段と、を備えていることが望ましい。これは、従来のハンマーグラブのようにクラウンの併用を想定していないからである。
この場合、請求項8に記載のように、バケット受け部材はバケットが取り込んだ土砂を排土すべき位置に設置してあるものとし、また請求項9に記載のように、上記係止手段をバケット受け部材に係止させた上で索状体を引き下げることによりシェルの開放動作とともにバケットからの排土が可能となっているものとする。
したがって、少なくとも請求項6に記載の発明では、従来のハンマーグラブのように複数のワイヤロープを併用することなしに、単一のワイヤロープのみの使用で所期の目的を達成できることになる。
さらに、上記切換手段のより具体的な構成として、例えば請求項10に記載のように、内部に索状体が挿通されているとともにバケット本体に上下動可能に挿入支持されて係止部材として機能する吊り下げスリーブと、バケット本体側であって且つ吊り下げスリーブの周囲に配置されて、先端が吊り下げスリーブの内部に臨むロックレバーと、索状体に設けられた受け駒と、を備えていて、上記バケット本体と吊り下げスリーブとの相対移動に応じてロックレバーを揺動変位させて、索状体の引き上げ時における受け駒とロックレバーとの係合,非係合を選択的に切り換えるようになっているものとする。
また、オールケーシング工法に適した設備たる掘削揚土装置として、例えば請求項11に記載のように、パイプ状のケーシングを地中に貫入した上でその内部をバケットにて掘削して揚土作業を行うものとして構成する。
具体的には、請求項12に記載のように、請求項1〜4のいずれかに記載の掘削揚土用バケットをクレーンタイプの母機に索状体を介して吊り下げ支持させるとともに、下部円筒部に窓部が開口形成されたパイプ状のドリルケーシングを回転させながら地中に貫入した上でその内部を上記バケットにて掘削して揚土作業を行う装置であることを前提として、上記窓部からドリルケーシングの内部に流入した土砂をバケット本体の上面開口部からその内部に取り込むようにすることが土砂の掘削揚土量の増大化の上で望ましい。
この場合、請求項13に記載のように、ドリルケーシングの窓部は、ドリルケーシング内にバケットが着地した状態でそのバケット本体の上面開口部よりも上方位置に形成してあること、および請求項14に記載のように、ドリルケーシングの外周に掘削翼を装着し、この掘削翼にて掘削した土砂を窓部からドリルケーシングの内部に取り込むようになっていることがより望ましい。
請求項1,2に記載の発明によれば、上面が開放されていて土砂収容部として機能する筒状のバケット本体の下部に土砂掴み部として機能するシェルを開閉可能に装着して、上下からの土砂の取り込みを可能としたため、従来のハンマーグラブやクラムシェル等と同等のいわゆる土砂掴み機能とは別に、上面開放部からの土砂の取り込みが可能な土砂収容部を有することによって、一回ごとの土砂掘削揚土量の増大化が図れ、作業効率が飛躍的に向上するとともに経済性にも優れる効果がある。
請求項3に記載の発明によれば、自重調整のためのウエイトをバケット着脱可能に装着したものであるから、土砂の性状に応じたシェルの貫入量の調整が可能となって、バケットの取り扱い性が向上する。
さらに、請求項4に記載の発明によれば、シェルの一回の掴み動作で掴み取ることができる土砂の量を大きく確保することができるので、一回ごとの土砂掘削揚土量の一層の増大化が図れる利点がある。
請求項5,6に記載の発明によれば、先に述べたような掘削揚土用バケットの使用を前提として、クローラクレーン等を母機として上記バケットを索状体にて吊り下げ支持するようにしたものであるから、深度の大きな掘削揚土にも無理なく対応できるようになる。
請求項7〜10に記載の発明によれば、索状体の引き上げ操作に応じてシェルの閉止動作が可能であって且つシェルの閉止完了状態をもってバケット全体を索状体にて吊り下げ可能な実作業状態と、シェルの開放状態をもってバケット全体を索状体にて吊り下げ可能な非作業状態とを選択的に切り換える切換手段を備えたものであるから、例えば比較的小型のクレーン等のように単一ワイヤのみを備えた母機であってもきわめて容易に所期の目的を達成することができる。
請求項11に記載の発明によれば、ケーシングを地中に貫入した上でその内部を先に述べた掘削揚土用バケットにて掘削揚土するようにしたものであるから、オールケーシング工法もしくはそれと類似の工法においても一回毎の掘削揚土量の増大化が図れる。
特に請求項12,13に記載の発明によれば、バケット本体の上面が開放されていることによって、その上方からの土砂の取り込みが可能な掘削形態の場合には、土砂の取り込みを容易に行えるとともに、上記の土砂掘削揚土量が増大化が顕著となる。
請求項14に記載の発明によれば、ドリルケーシングの外周に装着した掘削翼にて掘削した土砂を窓部からドリルケーシングの内部に取り込むようにしたため、先に述べたオールケーシング工法もしくはそれと類似の工法においても一回毎の掘削揚土量の増大化が図れるようになる。
図1〜5は本発明のより具体的な実施の形態を示す図で、特に図1はその全体の概略説明図を、図2〜4は掘削揚土用バケット(以下、単に「バケット」という)41そのもののシェル開放状態での詳細を、図5は同じくシェル閉止状態での詳細をそれぞれ示している。
図1に示すように、バケット41は母機であるクローラクレーン40のブーム(ジブ)42から索状体としてのワイヤロープ(以下、単に「ロープ」という)43を介して吊り下げ支持させてある。
図2〜5に示すように、バケット41の上半部は筒状のコラム44と中空円筒状のバケット本体45とをもっていわゆる二重筒構造のものとして形成してあるのに対して、バケット本体45の下端には、既存のハンマーグラブ等と同様に掘削刃もしくは貫入刃として機能することになる略鋤状の左右一対のシェル46が互いに対向するように、回転中心として機能することになるヒンジピン47を介して回転可能に、すなわち開閉可能に装着してある。なお、図2から明らかなように、バケット本体45の下部とシェル46の上部とは上下方向において互いにオーバーラップしていて、このオーバーラップ領域Eにヒンジピン47を設けてある。
バケット本体45とコラム44とは両者が同心状のものとなるように複数のブラケット48を介して相互に連結してあり、バケット本体45はその上下面が共に開放もしくは開口しているのに対して、コラム44はその上面が蓋体49にて閉塞されて下面のみが開放もしくは開口している。なお、図4に示すように、蓋体49はその裏面に放射状に配置された補強プレート49aにて補強してある。
コラム44の内部空間の下部にはスライドスリーブ50を昇降可能に案内支持させてあるとともに、そのスライドスリーブ50内には多段式のプーリ51を回転可能に配置してある。そして、プーリ51の軸心であるピン52と左右一対のシェル46とをリンク53にて個別に連結してある。他方、コラム44の内部空間の上部には定位置式の一対のプーリ54,55を回転可能に装着してあり、これらのプーリ54,55に先の多段式のプーリ51を加えた合計三つのプーリ51,54,55の相対位置関係として、プーリ54,55同士のなすスパンを底辺とする二等辺三角形のそれぞれの頂点に各プーリ51,54,55の軸心が位置するように設定してある。そして、コラム44の上面側からその内部に挿入したロープ43をガイドローラ56にて案内しながらプーリ51,54,55に順に巻き掛けた上で再度下側のプーリ51に巻き掛け、さらに上方のプーリ55を経た上でコラム44の蓋体49上のワイヤ止め部57(図3参照)にて固定して、いわゆる動滑車型の倍力機構を構成してある。
したがって、図2のほか図5に示すように、ロープ43の引き上げ,引き下げ操作に応じてプーリ51が上下動し、きわめて小さい操作力で左右一対のシェル46が回転運動をもって接近離間動作すなわち開閉動作することになる。また、ロープ43の引き上げ,引き下げ操作に応じてプーリ51がスライドスリーブ50とともに上下動したとしても、先に述べたように三角形の各頂点に相当する位置に各プーリ51,54,55の軸心が位置していることには変わりはなく、このようなプーリ51,54,55の配置としたことによって、後述するようなシェル46の閉止動作に要するロープ43の吊り代ひいてはストロークを可及的に小さくすることができる。
ここで、ロープ43のうち、上記のようにロープ43の引き上げ,引き下げ操作をもって一対のシェル46を開閉させたとしてもガイドローラ56に巻き込まれることのない所定位置には、少なくともロープ43よりも大径の中実円筒状の受け駒58を堅固に固定してある。
また、コラム44の上面中心部、すなわち蓋体49の中心部にはブラケット59を固定してあるとともに、そのブラケット59にはその上面から係止部材としての吊り下げスリーブ60を昇降可能に挿入支持させてある。吊り下げスリーブ60はその上下両端に係止段部としてフランジ部61,62を備えているとともに、下側の係止段部62と蓋体49との間には図4に示すようにスプリングシート63とともにリターンスプリング(圧縮コイルスプリング)64を介装してある。これにより、吊り下げスリーブ60はコラム44に対し常時下方に付勢されている。
さらに、ブラケット59には吊り下げスリーブ60を挟んで放射状に複数のロックレバー65を配置してある。このロックレバー65はヒンジピン66を介してブラケット59に回転可能に支持させてあり、後端部にはウエイト部65aを一体に形成してあるとともに、その先端部は吊り下げスリーブ60に開口形成した長穴状のスロット67に臨ませるように係止させてある。そして、ロックレバー65は、ウエイト部65aがあるために常に先端部側を上方に向けて付勢してはいても、吊り下げスリーブ60を上方に引き上げないかぎりは図2,4,5の状態を自己保持している。同時に、同図の状態では、各ロックレバー65の先端が吊り下げスリーブ60内に臨んではいても突出してはおらず、ロープ43に固定した受け駒58がロックレバー65同士の対向間隙内をスムーズに通過できるように設定してある。
言い換えるならば、図2,5のようにコラム44に対して吊り下げスリーブ60が引き下げられていて且つロックレバー65が同図のように傾斜している状態では、ロープ43の引き上げ,引き下げ操作に連動してシェル46が開閉動作するようになっている。同時に、図5のようにシェル46が完全に閉止した状態ではそのままロープ43にてバケット41全体を吊り上げることができるようになっている。その一方、図2のようにシェル46が開放状態にあって且つ受け駒58がロックレバー65よりも下方に位置している状態で吊り下げスリーブ60を引き上げたときには、ロックレバー65がほぼ水平姿勢となってその先端が吊り下げスリーブ60内に突出し、その状態でロープ43を引き上げたときには受け駒58がロックレバー65に係止されてその状態を自己保持できるようになっている。
つまり、上記ロックレバー65とスロット67は、索状体であるロープ43の引き上げ操作に応じてシェル46の閉止動作が可能であって且つシェル46の閉止完了状態をもってバケット41全体をロープ43にて吊り下げ可能な実作業状態(図5の状態)と、シェル46の開放状態をもってバケット41全体をロープ43にて吊り下げ可能な非作業状態(図2の状態を前提として、後述する図11,12の(B)のようにロックレバー65と受け駒58が係止している状態)とを選択的に切り換える切換手段を形成している。
ここで、図1に示したように、クローラクレーン40に吊り下げ支持させてあるバケット41にて揚土した土砂は、クローラクレーン40の作業半径内の所定位置に予め用意してある土砂ピットにて排土する必要がある。そこで、本実施の形態では、図6〜8のように土砂ピット68の上方には、土砂を収容したバケット41を一旦受け渡してこれを支える受け台69を設置してある。
この受け台69は、バケット41の全高よりも脚長の大きな脚部70の上にフェンス71付きの足場72をオーバーハングするように設置してあるとともに、脚部69の上面にはバケット受け部材としてピン73周りに水平旋回可能なサイドビーム74を横架してある。このサイドビーム74には、バケット41の吊り下げスリーブ60側のフランジ部61(図4参照)と係止して、バケット41全体を吊り下げ支持可能な係止溝75を形成してある。
つまり、図6〜8に示すように、サイドビーム74を横架位置P1から一旦退避位置P2まで退避させた上で受け台69の中にバケット41を受け入れ、その後にサイドビーム74を横架位置P1に戻したならば、吊り下げスリーブ60側のフランジ部61とサイドビーム74側の係止溝75との係合をもってバケット41全体の荷重を受け台69に負担させることにより、その瞬間にバケット41のコラム44に対して吊り下げスリーブ60が相対的に所定量だけ引き上げられることになる。
次に、このように構成されたバケット41による掘削揚土作業の一連の動きを図9〜16に基づいて詳しく説明する。
図9,10の(A)に示したように、ここではロープ43の引き上げ操作によりシェル46が完全に閉止状態となり、バケット本体45およびシェル46の内部には既に取り込まれた土砂が収容されているものとする。つまり、ロープ43はシェル46の閉め切り状態をもってバケット41全体の重量を負担するようにしてそのバケット41を吊り上げている。この状態では、ロープ43が挿通している吊り下げスリーブ60には何ら負荷がかからず、その吊り下げスリーブ60は図4に示すようにコラム44に対して引き下げられた状態にあり、またロックレバー65も同図のような傾斜姿勢にある。
図9,10の(A)の状態をもってクローラクレーン40の旋回機能により図6〜8に示した受け台69までバケット41を移動させ、同図(B)に示すようにバケット41を受け台69側のサイドビーム74に預ける。すなわち、図6〜8に示したように、バケット41側における吊り下げスリーブ60のフランジ部61と受け台69側におけるサイドビーム74の係止溝75とを係止させて、バケット41全体の荷重を受け台69に負担させると、その瞬間に吊り下げスリーブ60にもバケット41全体の荷重が作用することから、コラム44に対して吊り下げスリーブ60が相対的に引き上げられる。同時に各ロックレバー65が水平状態となる。
この状態からロープ43を緩めるべく引き下げると、図9,10の(C)に示すようにシェル46が土砂の重量等にて徐々に開き始めて排土作業を開始する。
なおもロープ43の下降に伴いシェル46の開放度合いが大きくなると、図9,10の(D)に示すように、ロープ43に固定されている受け駒58がロックレバー65を通過してそれらの下方位置に至り、シェル46が全開状態となる。すなわち、ロープ43の下降に伴い水平状態のロックレバー65とロープ43側の受け駒58とが干渉することになるものの、ロックレバー65はその先端が下向きとなるような回動が可能であることから、受け駒58がロックレバー65の先端を一旦跳ね降ろすことでロックレバー65はそれらの間隙を受け駒58が通過するのを無理なく許容する(図10の(C)参照)。そして、図9,10の(D)ようなシェル46の全開状態をもって排土作業が完了する。
続いて、シェル46を再び閉止状態とするべく、図11,12の(A)に示すようにロープ43を引き上げる(巻き上げる)と、ロープ43側の受け駒58がロックレバー65の先端に係止してその受け駒58の通過を阻止し、もってそれ以上のロープ43と吊り下げスリーブ60との相対移動が不能になる。つまり、バケット41はシェル46が全開したままの状態でロックされることになる。
この状態からさらにロープ43を引き上げると、図11,12の(B)に示すようにロックレバー65と受け駒58との係止状態をもってバケット41全体が吊り上げられ、吊り下げスリーブ60側のフランジ部61が受け台69側のサイドビーム74から浮上する。ただし、この瞬間に吊り下げスリーブ60はバケット41全体の負荷から開放されるものの、実質的にロックレバー65を噛み込んでいるために、コラム44に対して引き上げられたままの状態を保持することになる。そして、受け台69側のサイドビーム74等との干渉を回避しながら、図11,12の(B)の状態をもって受け台69側から掘削位置へとバケット41を移動させる。
掘削位置では、図13,14の(A)に示すようにシェル46が全開状態のバケット41を自重にて地中に貫入して掘削し、さらに同図(B)に示すようにシェル46が所定深度まで貫入された時点で一旦ロープ43を緩めて、ロックレバー65とロープ43側の受け駒58との係合を瞬間的に解除する。これにより、吊り下げスリーブ60がリターンスプリング64の力によりコラム44に対して相対的に引き下げれられるとともに、それに伴ってロックレバー65もその先端側が引き下げられて傾斜姿勢となって当初の状態(吊り下げスリーブ60とロックレバー65の相対位置関係に関するかぎり図9,10の(A)の状態)に復帰する。つまり、その瞬間にそれまでのシェル46の全開状態でのロックが解除されて、以降は図13,14の(C)のようにロープ43を引き上げればそれに連動してシェル46の閉止動作が可能となる。
図13,14の(C)の状態からロープ43を引き上げると、図15,16の(A)に示すように傾斜姿勢のロックレバー65はロープ43側の受け駒58の通過を無理なく許容することから、シェル46は徐々に閉止動作を開始し、バケット本体45側にまで積極的に土砂を取り込むべく掴むようにしてバケット本体45およびシェル46にて土砂を取り込む。この場合、バケット本体45の上面が開放されているため、シェル46の掴み動作に伴うバケット本体45側への土砂の取り込みに際して抵抗が少なく、効率良く土砂を取り込むことができる。
この後、図15,16の(B)に示すようにシェル46が完全に閉止状態となってもなおもロープ43の引き上げを続けると、それまでのシェル46の閉止動作のためのロープ43の引き上げ力がバケット41全体の吊り上げ力となって、土砂を収容したままのバケット41を吊り上げることが可能となる。
そして、その状態のままで先に述べた受け台69まで移動して、以降は図9,10の(A)以下の動作を繰り返すことになる。
このように本実施の形態のバケット41によれば、既存のハンマーグラブやクラムシェルと異なり、バケット本体45が土砂収容部として機能する一方でシェル46が土砂掴み部として機能することから、その容量ひいては揚土量の著しい増大化が可能であり、掘削揚土作業をきわめて効率良く行うことが可能となる。特に土砂に対するバケット41の貫入量を大きくすればするほど土砂収容部として機能するバケット本体45での土砂取り込み量を大きくすることができるので、一段と有利となる。
本発明者が、全旋回式オールケーシング工法でのケーシング内に入る得る大きさの上記バケット41について、その収容能力の大きさを既存のハンマーグラブおよびクラムシェルと比較したところ、上記バケット41ではその土砂の収容能力が既存のハンマーグラブやクラムシェルと比べて2〜3倍程度まで増大できることが判明した。
ここで、土砂に対するバケット41の自重による貫入量ひいては食い込み量は土砂の性状によって異なってくる。そこで、図17に示すように、バケット本体45の外周にウエイト76をボルト・ナッ77をもって着脱可能に装着し、このウエイト76の脱着交換により土質性状に応じたバケット41の食い込み量を加減することがより望ましい。この場合、ウエイト76の装着位置は、バケット41全体の重量バランスを考慮してバケット本体45の深さ方向のほぼ中央位置とする。こうすることにより、例えば土砂の掘削揚土作業に際してバケット41を自重落下させた場合の姿勢安定性ひいては掘削時の鉛直性が高くなり、鉛直性を保ちながら真っ直ぐに掘削することが可能となる。
図18は先の第1の実施の形態におけるバケット41のシェル46の動きを模式的に表したもので、同図(A)はシェル46の閉止状態を、同図(B)はシェル46の開放状態をそれぞれ示している。同図から明らかなように、一対のシェル46の回転中心であるヒンジピン47はバケット本体45の外周面寄りの位置に設定してあることから、それぞれのシェル46の開閉動作に伴いそのシェル46の先端が描く曲線は符号F1で示すものとなり、一対のシェル46の掴み動作(閉止動作)で掴み取ることができる土砂の量は、シェル46の外周面と曲線F1とで囲まれた領域Q1のものとなる。なお、曲線F1の両端を結ぶ線分(弦)は符号G1で示すようにバケット41そのものの軸心に向かって上り勾配のものとなる。そして、領域Q1の面積の拡大化を図るためには、図19のように各シェル146の回転中心であるヒンジピン147の位置を内側に寄せることが有効である。
すなわち、図19は各シェル146の回転中心であるヒンジピン147の位置を図18と比べてバケット141そのものの軸心側に移動させた場合であり、その時のシェル146の先端が描く曲線は符号F2で示すものとなり、一対のシェル146の掴み動作(閉止動作)で掴み取ることができる土砂の量は、領域Q2(曲線F1と曲線F2とで囲まれた領域)分だけ図18の場合よりも増大することになる。なお、曲線F2の両端を結ぶ線分(弦)は符号G2で示すように図18の場合よりもバケット141そのものの軸心に向かう上り勾配が緩慢なものとなり、きわめて水平に近い状態のものとなる。
言い換えるならば、図18と図19とを比較すると明らかなように、一回のシェル146の掴み動作(閉止動作)で掴み取ることができる土砂の量の増大化を図る上では、各シェル146の回転中心であるヒンジピン147の位置の設定にあたって、シェル146の開閉動作に伴いそのシェル146の先端が描く曲線F2の両端を結ぶ線分(弦)G2がほぼ水平となるように設定することが有効である。
図20,21は本発明に係る掘削揚土用バケット141の第2の実施の形態を示し、上記のように各シェル146の回転中心であるヒンジピン147の位置の設定にあたって、図19に示すようにシェル146の開閉動作に伴いそのシェル146の先端が描く曲線F2の両端を結ぶ線分(弦)G2がほぼ水平となるように考慮したものである。なお、図20は各シェル146の開放状態を、図21は各シェル146の閉止状態をそれぞれ示しており、先の第1の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
図20,21に示すように、各シェル146の回転中心であるヒンジピン147は図2,5の場合よりもバケット141そのものの軸心寄りの位置に設定してあり、先に述べたように各シェル146の開閉動作に伴いそのシェル146の先端が描く曲線F2の両端を結ぶ線分(弦)G2が水平に近い状態となるようにしてある。
したがって、本実施の形態によれば、図19で説明した理由から一回のシェル146の掴み動作(閉止動作)で掴み取ることができる土砂の量の一層の拡大化を図れるようになる。
図22以下の図面は上記第1の実施の形態におけるバケット41の使用を前提とした掘削装置の例を示し、特に図22に示すように、孔の掘削と並行して立坑の躯体となるPCウェルもしくはケーソン等のいわゆる井筒構造体を継ぎ足しながら所定量ずつ圧入沈設して立坑を構築するに際して、井筒構造体の刃先下を拡径状態にて掘削した上で揚土する場合の例を示している。なお、バケット41に代えて第2の実施の形態のバケット141を用いることももちろん可能である。
図22に示すように、本実施の形態のシステムでは、大別してパイプまたはチューブ状のドリルケーシング(以下、単に「ケーシング」と言う)2を回転しながらこれを地中に徐々に貫入もしくは圧入して立坑(掘削孔)Hを掘削する全旋回式オールケーシング掘削機(以下、単に「掘削機」という)1と、その掘削された掘削孔H内に井筒としてのケーソン3を順次圧入沈設する圧入沈設装置4と、先に述べたように揚土用の母機として機能するクローラクレーン40により吊り下げ支持されていて、掘削機1による掘削に伴って発生した土砂を再度掘削しつつ掴んで外部に揚土もしくは排土するバケット41をもって構成してある。
圧入沈設装置4は、地面Gに立設された枠状の架台7内に加圧板8を昇降駆動させるための油圧式のパワージャッキ9を備えており、加圧板8が当接することになる最上段のケーソン3をもってそれ以下の全てのケーソン3,3‥を一斉に圧入沈設する機能を有している。
圧入沈設装置4の架台7の上には掘削機1の掘削駆動手段として機能する回転圧入駆動装置10を搭載してある。この回転圧入駆動装置10は、周知のように圧入沈設装置4や回転圧入駆動装置10の中心部を貫通するように配置されたチューブ状のケーシング2を把持した上でこれを鉛直軸周りに回転駆動しながら地中に圧入する機能を有している。
また、図22のほか図23,24に示すように、ケーシング2の先端部には、上段から順にケーシング2とほぼ同径の掘削翼用チューブアタッチメント12およびファーストチューブアタッチメント13を図示外のボルト・ナット等にて順次着脱可能に直列にて連結してあり、これらの各チューブアタッチメント12,13はケーシング2の一部を形成している。そして、掘削翼用チューブアタッチメント12には後述するように固定翼15aと可動翼15bとからなる縮拡径可能な複数の掘削翼15を螺旋状の先行掘削翼16とともに装着してある。さらに、ファーストチューブアタッチメント13にはその先端側に複数の掘削刃(ビット)17を装着してある。
掘削翼15は平板状の固定翼15aとこれよりの小さな平板状の可動翼15bとをスライド可能に重ね合わせることで形成してあり、その固定翼15aは多数のボルト・ナット29とブラケット19を介して掘削翼用チューブアタッチメント12に着脱可能に装着してある。つまり、掘削翼15は、平面視にてケーシング2の接線方向もしくはそれと平行な方向に大きく張り出すようにブラケット19を介して掘削翼用チューブアタッチメント12に着脱可能に固定してある。
また、掘削翼15は、図24に示すように、その回転方向を時計回り方向とした場合に、固定翼15aの回転方向側の面に可動翼15bを重ね合わせるように配置してあり、図25に示すように可動翼15bは固定翼15aに沿って動くように該固定翼15aに設けた翼ガイド23にスライド可能に案内支持させてある。
さらに図24,25に示すように、回転方向に向かって固定翼15aの背面側すなわち固定翼15aの反回転方向側の面にはブラケット24を介して直動型のアクチュエータとして拡縮径用シリンダ(油圧シリンダ)25を装着してある。この拡縮径用シリンダ25のピストンロッド26は同じく固定翼15aの反回転方向側に位置するスライダ27の一端に連結してあるととともに、さらにスライダ27の他端は固定翼15aをはさんで反対側の可動翼15bに連結してあり、結果として拡縮径用シリンダ25は固定翼15aと可動翼15bにまたがるように架橋的に配置してある。したがって、拡縮径用シリンダ25を伸縮作動させることによりその拡縮径用シリンダ25のストローク分だけ可動翼15bが固定翼15aに対してスライドし、結果としてケーシング2の接線方向もしくはそれと平行な方向で掘削翼15が縮拡径可能な構造となっている。
なお、掘削翼15を形成している固定翼15aおよび可動翼15bの下端には、複数の掘削刃(ビット)30を装着してある。
ここで、拡縮径用シリンダ25を固定翼15aの反回転方向側の面に装着してあるのは、掘削時に掘削翼15が向かっていくことになる土砂や岩盤等から拡縮径用シリンダ25を保護するためである。また、図24から明らかなように、可動翼15bの拡径スライド方向に対して拡縮径用シリンダ25の伸長方向を逆向きとなるように設定し、もって拡縮径用シリンダ25の収縮状態において掘削翼15が拡径状態となり、逆に拡縮径用シリンダ25の伸長状態において掘削翼15が縮径状態となるように設定してある。
また、図23に示すように、掘削翼用チューブアタッチメント12のうち隣り合うブラケット19,19同士の間には、先行掘削翼16の真上に開口するようにそれぞれに窓部28を開口形成してある。これよって、掘削翼15が拡径状態にあるか縮径状態にあるかにかかわらずその掘削翼15にて掘削した土砂を窓部28を通してケーシング2(掘削翼用チューブアタッチメント12)の内部に取り込むようになっている。また、螺旋状の先行掘削翼16は、例えばサイズ違いのものとの交換が可能なように、円周方向で複数のピースに分割された上で、掘削翼用チューブアタッチメント12に対してボルト・ナットにて着脱可能に固定してある。
なお、掘削時のケーシング2の回転方向を例えば時計周り方向とした場合に、先行掘削翼16にはその時計回り方向の回転をもって積極的に地盤に食い込むような捻れ角を持たせてある。
したがって、本実施の形態のシステムでは、図22に示すように、ケーシング2を時計周り方向に回転駆動させながら所定の掘削推力(掘進力)を付与して、複数の掘削翼15にてケーソン3の刃先下(最下段のケーソン3の刃口3aの下側)を拡径気味に掘削しながらそのケーソン3を徐々に圧入沈設することになる。なお、ケーソン3の圧入沈設の進行に伴いケーソン3自体の上段側への継ぎ足しとともに、ケーシング2も所定のチューブアタッチメントの継ぎ足しが行われる。
すなわち、図22〜24では各掘削翼15が拡径状態にあることから、ケーシング2を時計周り方向に回転駆動させながら所定の掘削推力(掘進力)を付与すると、ケーシング32最下端のファーストチューブアタッチメント13が先行して地盤に食い込み、その口径に相当する土砂を周囲の土砂から切り取り、そのファーストチューブアタッチメント13の内部に取り込むようにして掘削する。その一方、ケーシング2の外側では拡径状態にある各掘削翼15が大きな口径のもとで地盤を掘削し、掘削された土砂が窓部28からケーシング2(掘削翼用チューブアタッチメント12)の内部に取り込まれることになる。
なお、掘削翼15が拡径状態にあるか縮径状態にあるかにかかわらず、拡縮径用シリンダ25の油圧供給系路をいわゆる油圧的にロックすることで、その拡径もしくは縮径状態が自己保持される。
ここで、各掘削翼15による掘削の際には、それに先行して螺旋状の先行掘削翼16が地盤に食い込むことで掘削効率が向上し、また窓部28の直下に上記先行掘削翼16が位置していることでケーシング2(掘削翼用チューブアタッチメント12)の内部への掘削土砂の取り込み効率が向上することになる。
また、図26,27は上記掘削翼15を縮径状態とした状態を示しており、図23,24の拡径状態よりも小径の掘削ももちろん可能である。
そして、このような掘削の進行と並行して、図22に示したバケット41によってケーシング2内の土砂が掘削揚土される。
具体的には、上記バケット41を用いることで既存のハンマーグラブやクラムシェルに比べて揚土量が飛躍的に向上することは先に述べた。ここでは、図28に示すように、ケーシング2内の土砂を掘削揚土する際に、そのケーシング2に形成された窓部28よりもバケット41におけるバケット本体45の上面開口部が下側に位置するように貫入して掘削揚土するものとする。こうすることにより、シェル46の掴み動作によって土砂をそのシェル46やバケット本体45内に取り込むのと並行して、掘削翼15による掘削に伴って窓部28からケーシング2内に流入する土砂を直接バケット本体45内に取り込むことが可能であり、バケット41による土砂の取り込み効率ひいいては揚土量がより一段と向上するようになる。
また、図28に示すようなシェル46の閉止状態において、ファーストチューブアタッチメント13内でバケット41を所定ストロークのもとで数回積極的に上下動させることが望ましい。こうすることにより、例えばファーストチューブアタッチメント13内に地下水等が溜まっている場合に、バケット41の上下動に伴う水圧変動をもってファーストチューブアタッチメント13内に残っている土砂を同時に撹拌し、掘削途中の孔の底部に土砂を集積することができ、その結果として次のバケット41による土砂の取り込み時の取り込み効率が向上することになる。その上、上記バケット41の上下動に伴う水圧変動をもって窓部28の掃除も同時に行うことが可能となる。