JP4399436B2 - 掘削揚土用バケットとそのバケットを用いた掘削揚土装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハンマーグラブやクラムシェルと同様に例えば立坑の構築に際して土砂を掘削しつつ揚土する掘削揚土用バケットとそのバケットを用いた掘削揚土装置に関するものである。

例えばオールケーシング工法（全旋回式オールケーシング工法）にて立坑を構築する場合、ケーシング内の掘削，揚土のために一般的には特許文献１に記載のようなハンマーグラブが併用されている。

また、例えば特許文献２に記載のように、ケーシングの外周側に拡縮径可能な掘削翼を付設して、より多くの土砂をケーシング内に取り込むような工夫も一部でなされている。
特開平１０−５４０４９号公報 特許第３０３１８７６号公報

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。

本発明に係る掘削揚土装置の全体の概略説明図。 図１に示すバケットのシェル開放状態での拡大断面図。 図２の平面図。 図２の要部拡大図。 図１に示すバケットのシェル閉止状態での拡大断面図。 排土用の土砂ピットの上に設置される受け台の正面図。 図６の平面図。 図６の右側面図。 （Ａ）〜（Ｄ）共に図１のバケットの掘削揚土時における作動順序を示す説明図。 （Ａ）〜（Ｄ）共に図９の要部を拡大した作動順序を示す説明図。 （Ａ），（Ｂ）共に図９に続くバケットの掘削揚土時における作動順序を示す説明図。 （Ａ），（Ｂ）共に図１１の要部を拡大した作動順序を示す説明図。 （Ａ）〜（Ｃ）共に図１１に続くバケットの掘削揚土時における作動順序を示す説明図。 （Ａ）〜（Ｃ）共に図１３の要部を拡大した作動順序を示す説明図。 （Ａ），（Ｂ）共に図１３に続くバケットの掘削揚土時における作動順序を示す説明図。 （Ａ），（Ｂ）共に図１５の要部を拡大した作動順序を示す説明図。 図２，５に示したバケットの変形例を示す断面説明図。 図２，５のバケットにおけるシェルの動きを模式的に表した説明図で、（Ａ）はシェル閉止状態の説明図、（Ｂ）はシェル開放状態の説明図。 図１８におけるシェルの回転中心位置を変化させた場合の説明図で、（Ａ）はシェル閉止状態の説明図、（Ｂ）はシェル開放状態の説明図。 第２の実施の形態として図１９のバケットを具体化した図で、シェル開放状態の拡大断面図。 図２０に示したバケットのシェル閉止状態の拡大断面図。 図１の掘削揚土装置を使用した掘削装置全体の構成を示す概略説明図。 図２２の要部分解説明図。 図２３における掘削翼用チューブアタッチメントの平面図。 図２３の要部拡大説明図。 図２４の掘削翼を縮径状態とした図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその正面図。 掘削翼を図２６のように縮径状態としたときの掘削径を示す平面図。 図２２の要部拡大説明図。

符号の説明

１…全旋回式オールケーシング掘削機
２…ドリルケーシング
３…ケーソン（井筒）
４…圧入沈設装置
１２…掘削翼用チューブアタッチメント
１５…掘削翼
１５ａ…固定翼
１５ｂ…可動翼
２５…縮拡径用シリンダ
２８…窓部
４０…クローラクレーン（母機）
４１…掘削揚土用バケット
４３…ワイヤロープ（索状体）
４４…コラム
４５…バケット本体（土砂収容部）
４６…シェル（土砂掴み部）
４７…ヒンジピン（回転中心）
５８…受け駒
６０…吊り下げスリーブ（係止部材）
６５…ロックレバー（切換手段）
６７…スロット（切換手段）
６９…受け台（バケット受け部材）
７４…サイドビーム
７６…ウエイト
１４４…コラム
１４１…掘削揚土用バケット
１４５…バケット本体（土砂収容部）
１４６…シェル（土砂掴み部）
１４７…ヒンジピン（回転中心）

Claims (14)

1. 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掘削揚土用バケット。
2. 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ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の掘削揚土用バケット。
3. 自重調整のためのウエイトを着脱可能に装着したことを特徴とする請求項１または２に記載の掘削揚土用バケット。
4. 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を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の掘削揚土用バケット。
5. 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たことを特徴とする掘削揚土装置。
6. 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なっていることを特徴とする請求項５に記載の掘削揚土装置。
7. 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、
   を備えていることを特徴とする請求項６に記載の掘削揚土装置。
8. 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ことを特徴とする請求項７に記載の掘削揚土装置。
9. 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ことを特徴とする請求項８に記載の掘削揚土装置。
10. 上記切換手段は、
    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ことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の掘削揚土装置。
11. 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であることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の掘削揚土装置。
12. 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って、
    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したことを特徴とする掘削揚土装置。
13. 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を特徴とする請求項１２に記載の掘削揚土装置。
14. 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を特徴とする請求項１３に記載に掘削揚土装置。

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