JP4486766B2 - 縦穴掘削装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、縦穴掘削装置に関し、特に、深礎工法や立坑、マンホール等の構築のための掘削作業に好適な縦穴掘削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現場打ちコンクリートによる杭基礎や、立坑やマンホール等の各種の地中構造物を構築する際には、縦穴が掘削形成されることになる。かかる縦穴の掘削工法は、掘削対象地盤の地質や地下水の有無、周囲の環境等を考慮して適宜選択されることになるが、地下水の少ない地盤に対して用いられる工法であって、空頭制限や大型重機械の搬入が困難な場所での縦穴の掘削工法として、深礎工法に採用されているものが広く知られている。
この深礎工法に用いる縦穴の掘削工法は、例えば鋼製リングビームと鋼板とを用いて、あるいはライナープレートを用いて縦穴内壁面の山止め作業を行いながら、主として人力によって垂直方向に縦穴の掘削作業を行ってゆくもので、支持地盤まで達してこの掘削作業が終了したら、さらに、鉄筋等の補強部材を組み立て、ライナープレート等の山止め部材を撤去しながらコンクリートを打設することにより、杭基礎が構築されて深礎工法が終了する。
そして、かかる深礎工法に用いる縦穴の掘削工法は、大型の重機を特に必要としないため、かかる大型の重機の搬入が困難な、傾斜地や狭い場所、あるいは既設のビルの下方や高架橋の下方等の空頭の限られた条件下などにおいても容易に採用することができるばかりか、市街地における公害対策としても有益であることから、例えば、建築基礎杭、柱基礎杭、アンダーピンニングの仮受け杭、山岳橋梁の基礎杭、地滑り防止杭等の他、立坑や地質調査のテストピット等を構築する際の縦穴の掘削工法としても広く適用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記深礎工法に用いる縦穴の掘削工法によれば、掘削作業及び土砂の搬出作業は主として人力作業により行なわれるものであるため、特に人力作業により掘削する場合には、振動作業が伴うため、振動や騒音、粉塵による作業環境の問題等があり、効率的な掘削作業を行うことができなくなるという課題があった。
また、熟練労働者の減少や労働者の高齢化に伴い、作業員の確保が困難な状況にあることから、かかる縦穴の掘削作業における人力作業の低減を図ることのできる簡易な構成の掘削装置の開発が望まれている。
そこで、この発明は、上記従来の課題に着目してなされたもので、特に、大型の重機の搬入や使用が困難な条件下においても、機械化を図って人力による作業を低減しつつ、効率良く縦穴の掘削作業を行ってゆくことのできる縦穴掘削装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る縦穴掘削装置は、縦穴の内壁面から支持反力を受ける支持基台と、前記縦穴の中心に沿って延び、前記支持基台との間に設けられる伸縮機構により該支持基台に対して下方に相対移動可能であり、かつ、その中心線を中心として旋回可能であるとともに、その下部側部に掘削土砂取込み用の開口が形成されたセンターポストと、該センターポストの下部側部から水平方向に延設され、センターポストと一体となって旋回しつつ前記縦穴の底面地盤を掘削するとともに、その掘削土砂を前記開口を通じてセンターポスト内に送り込む掘削機と、前記センターポストに内装され、その延長方向に沿って無終端状に走行し、センターポストの下端に形成された開口から前記縦穴の底面地盤中央部を掘削するとともに、その掘削土砂、並びに前記掘削機から前記開口を通じてセンターポスト内に送り込まれた掘削土砂を搬送してセンターポストの上部に形成された土砂投出口から投出するバケットコンベアと、前記支持基台側に固定され、センターポスト周りに配設されて、前記土砂投出口から投出される掘削土砂を受け入れるホッパーとを備えたことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００５】
この発明の縦穴掘削装置によれば、支持基台が縦穴の内壁面から支持反力を受けた状態で、伸縮機構により支持基台に対してセンターポストを下方に相対移動しつつ、センターポスト及び掘削機を旋回させるとともに、センターポスト内にてバケットコンベアを走行移動させ、かつ、掘削機を駆動することにより、バケットコンベアがセンターポストの下端に形成された開口から縦穴の底面地盤中央部を掘削しながら、掘削機が縦穴の底面地盤を掘削する。掘削機が掘削した土砂はセンターポストに形成された土砂取込み用の開口を通じてセンターポスト内に送り込まれる。バケットコンベアは、底面地盤中央部の掘削土砂と、土砂取込み用の開口からセンターポスト内に送り込まれた掘削土砂とを搬送し、センターポストの上部に形成された土砂投出口からホッパーに投出する。伸縮機構が所定の伸張ストロークに達したら、支持基台を下方に盛替え、上述した手順を繰り返すことにより、縦穴を下方に向けて掘削することができる。
【０００６】
この発明においては、前記掘削機が、その螺旋形状による掘削土砂の搬送路が前記センターポストの開口部と連通するように取り付けられ水平軸を中心として自転可能なヘリカルドラム掘削機であること（請求項２）、前記センターポストの下端が前記掘削機より下方に突出しており、前記バケットコンベアにより縦穴の底面地盤中央部を先行掘削すること（請求項３）、前記ホッパーから放出される掘削土砂を受け入れるキブルを備えること（請求項４）、前記ホッパーが、受け入れた掘削土砂の排出口を備えるとともに、前記センターポストの旋回によりホッパー内の掘削土砂を排出口に向けて送り出す送り板を備えること（請求項５）、前記支持基台は、該支持基台から放射状に突出する複数の水平ジャッキと、該水平ジャッキの先端に取り付けられ前記縦穴の内壁面を押圧してこれに支持反力を得ること（請求項６）が好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態すなわち実施例について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１に示すこの実施例の縦穴掘削装置は、例えば深礎工法において、現場打ちコンクリートを打設して基礎杭を構築するための直径２ｍ程度の縦穴を、一例として既設ビルの下方や高架橋の下方等の空頭の限られた条件下で掘削形成する際に採用されたものである。すなわち、このような条件下においては、大型のクレーンや大型の縦穴掘削機械を常時使用することは困難なため、簡易な構成を有するこの実施例の縦穴掘削装置を使用することにより、掘削作業の機械化を図り、これによって作業員による手作業を軽減しつつ効率の良い縦穴の掘削作業を可能にすることを意図したものである。
そして、この実施例に係る縦穴掘削装置は、主として、縦穴１の内壁面３から直接ないしは間接的に支持反力を受ける支持基台５と、縦穴１の中心に沿って延び支持基台５に対して下方に相対移動可能であり、かつ、その中心線を中心として旋回（水平回転）可能であるとともに、その下部側部に掘削土砂取込み用の開口７が形成されたセンターポスト９と、センターポスト９の下部側部から水平方向に延設され、センターポスト９と一体となって旋回しつつ縦穴１の底面地盤１１を掘削するとともに、その掘削土砂を開口７を通じてセンターポスト９内に送り込むヘリカルドラム掘削機１３と、センターポスト９に内装され、その延長方向に沿って無終端状に走行し、センターポスト９の下端に形成された開口９Ａから縦穴１の底面地盤１１の中央部を先行掘削するとともに、その掘削土砂、並びに掘削機１３から開口７を通じてセンターポスト９内に送り込まれた掘削土砂を搬送するバケットコンベア１５とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
支持基台５は、センターポスト９を縦穴１の中央に鉛直支持するものであり、縦穴１の中央に配置される支持筒１７と、支持筒１７の上端部と下端部とにそれぞれ設けた架台１９，２１と、上下の架台１９，２１にそれぞれ固定され９０度の等角度間隔で支持筒１７から放射状に突出するグリッパ２３とを有しており、このグリッパ２３の押圧ジャッキ２５を伸縮することにより縦穴１の内壁面３に反力をとって、支持筒１７内に貫通するセンターポスト９を回転自在にして上下方向に摺動可能に支持している。なお、上部架台１９は、そのグリッパ２３の伸縮によりセンターポスト９の姿勢を微調整することを主とするものであり、これを設けないこともできる。また、上部架台１９には、図２に示すように、中心を挟んで対向する位置において昇降可能な後述するキブルが通過できる湾曲凹所２７，２７が形成されている。また、下部架台２１の側方は、キブルが着座できるとともに落下土砂を通過させるメッシュ板２９，２９で形成されている。
【０００９】
支持基台５には、支持筒１７に固定された伸縮ジャッキ３１の伸縮により上下方向に進退可能に支持された下部支持機構３３が設けられており、下部支持機構３３の中心に設けた回転支持装置３５を介してセンターポスト９の下部を回転自在に支持している。回転支持装置３５の上面には旋回歯車３７が固定されており、旋回歯車３７はセンターポスト９を回転させる下部支持機構３３に固定されたモータ４１の原動歯車４３と噛合している。また、下部支持機構３３にはセンターポスト９に沿って支柱４５が立設され、支柱４５の先端には上部支持機構４７が固定されており、上部支持機構４７の中心に設けた回転支持装置４９を介してセンターポスト９の上部を回転自在に支持している。
【００１０】
上部支持機構４７の上部には、支持脚５１を介してセンターポスト９の上部周りに平面円形のホッパー５３が配設固定されている。ホッパー５３の底面にはセンターポスト９から投入される土砂を排出する排出口５５，５５がセンターポスト９を挟んで対向する位置に上部架台１９の湾曲凹所２７，２７に対応して開設されており、各排出口５５，５５に排出土砂を規制する開閉装置５７，５７が設けられている。また、ホッパー５３には、ホッパー５３の内底部に沿って旋回する複数枚の搬送板５９がセンターポスト９の外周から放射状に突設されて旋回可能に臨んでいるとともに、旋回する搬送板５９の上方にはホッパー５３の内壁から突出する擦り切り板６１が適宜等間隔をおいて配設されている。さらに、ホッパー５３の排出口５５に対応する下部架台２１の上面には、ホッパー５３からの排出土砂を受け入れるキブル６３が設置される。キブル６３は、巻上機のロープ（図示省略）によって昇降し、排出土砂を縦穴１外に揚土する。
【００１１】
センターポスト９は、直径４５０ｍｍ程度、長さ１．５ｍ程度の円筒形の中空部材であって、支持筒１７に沿って上下方向に進退スライドするとともに、この進退駆動は、センターポスト９の外周部分に突出固定した下部支持機構３３に他端部が固定されている、支持基台５との間に介装する上記伸縮ジャッキ３１の伸縮によって行われる。また、センターポスト９は上端が頭部カバー６５で被覆され、頭部カバー６５にはバケットコンベア１５で運び揚げられた掘削土砂をホッパー５３内に投出する投出口６７が開設されている。さらに、センターポスト９の下端部分には、縦穴１の底面中心部分を先行掘削するための、先端が下方に突出するようにしてかつ平面十字形状に形成したオーガビット６９が設けられており、これに取り付けた多数のピックにより、底面地盤１１の中央部分を切削するとともに、切削した土砂は、オーガビット６９の間の開口９Ａからセンターポスト９の内部に取り込むようになっている。
【００１２】
バケットコンベア１５は、センターポスト９内において、無終端状に走行するチェーン７１に多数のバケット７３，７３を固着したものであり、センターポスト９を旋回させるとともに、回転継手７５を介して供給される圧油により駆動するセンターポスト９の頭部内に設けたバケットコンベア駆動用モータ７７でバケットコンベア１５を縦方向に駆動させることにより、センターポスト９の下端の開口９Ａから突出するバケット７３の切刃７３ａで縦穴１の底面地盤１１の中央部を先行掘削するものである。
【００１３】
ヘリカルドラム掘削機１３は、その螺旋形状による掘削土砂の搬送路がセンターポスト９の開口７と連通するように取り付けられ水平軸を中心として自転可能な掘削機１３である。すなわち、図４にも示すように、センターポスト９周りに設けられる旋回ケーシング７９には、取り込み用の開口７に隣接する一方の周方向端面付近から外方に突出するようにして、ヘリカルドラム支持ブラケット８１が固定されているとともに、ヘリカルドラム掘削機１３の出力軸が、出力軸ケーシング８３を介してこのヘリカルドラム支持ブラケット８１に支持され、また、出力軸を挟んで延長方向後方にはヘリカルドラム回動モータ８５が、延長方向前方にはドラム軸１３Ａが各々接続される。さらに、このドラム軸１３Ａの外周部分には、鋼板からなる板部材が螺旋状に取り付けられてヘリカルベーン１３Ｂを構成しているととともに、このドラム軸１３Ａの先端部分には、十字型に取り付けた４枚の切削翼１３Ｃが取り付けられ、またこれらのヘリカルベーン１３Ｂ及び切削翼１３Ｃの外周部分ないしは先端部分には、地盤切削用の多数のビットが取り付けられている。ヘリカルドラム掘削機１３は、例えばアルファルトフィニッシャーにおけるアスファルト合材の敷均し装置や、舗装面破砕工事における破砕された路材の集積装置として用いられているヘリカルドラムを、一部改良してこの発明に用いることができる。
【００１４】
そして、このヘリカルドラム掘削機１３によれば、ヘリカルベーン１３Ｂの基端部分が、センターポスト９の開口７に隣接して配置されていることにより、ヘリカルベーン１３Ｂに沿った螺旋状の搬送路を介して中心方向に搬送されて来る切削土砂を、開口７からセンターポスト９の内部に容易に取り込むことができるようになっている。従って、掘削機１３による掘削土砂はセンターポスト９内の下端部に集土され、バケット７３による掘削土砂とともにバケットコンベア１５によって搬送され、頭部カバー６５の投出口６７よりホッパー５３内に投出される。
【００１５】
なお、ヘリカルドラム支持ブラケット８１ないしはセンターポスト９を始点として水平方向に延長するヘリカルドラム掘削機１３の長さを適宜設計することにより、縦穴１の径の大きさを容易に変更調節することができる。また、ヘリカルドラム掘削機１３の長さを伸縮自在とすることにより、掘削すべき縦穴１の径に応じた掘削が可能となるだけでなく、適宜の深さ位置にて縦穴１の径を拡径することにより、拡底杭等を構築することもできる。
【００１６】
上記の縦穴掘削装置を使用して縦穴１を掘削するには、先ず、ほぼ縦穴掘削装置の鉛直方向の長さに相当する深さの予備穴８７を予め掘削し、支持基台５のグリッパ２３の押圧ジャッキ２５を伸張させてグリッパ２３を予備穴の内壁面３に押圧し、これに反力をとって支持基台５を固定する。図５に示す実施の形態では、支持基台５のグリッパ２３を、予備穴の内壁面にその崩壊を防止すべく順次上方から設置される山留め部材としてのライナープレート８９に押圧し、ライナープレート８９を介して縦穴１の内壁面３に間接的に反力を取って支持基台５を固定しているが、グリッパ２３を縦穴１の内壁面３に直接押圧してこれに反力を取ってもよい。この場合、縦穴掘削装置による掘削が完了した部分に上方から順にライナープレート８９を設置することになる。
【００１７】
次いで、伸縮ジャッキ３１を駆動して、センターポスト９を下方移動させ、バケット７３を縦穴１の底面地盤１１に当接させ、バケットコンベア駆動用モータ７７でバケットコンベア１５を走行駆動するとともに、モータ４１でセンターポスト９を旋回させることにより底面地盤１１の中央を先行掘削する。掘削機１３が底面地盤１１に到達すると、掘削機１３を駆動し、中央部分を除く底面地盤１１を掘削する。図５に示すように、掘削中は、伸縮ジャッキ３１によりセンターポスト９を下方へ付勢し続けることで、伸縮ジャッキ３１のストローク分、掘削を続けることができる。
【００１８】
掘削機１３及びバケット７３による掘削土砂はセンターポスト９内の下部からバケットコンベア１５によってセンターポスト９の頭部に搬送され、センターポスト９とともに旋回する頭部カバー６５の投出口６７より連続してホッパー５３内に略均等に投出される。ホッパー５３内の土砂は搬送板５９により排出口５５へ搬送されて、排出口５５よりキブル６３内へ連続落下する。本実施の形態では、ホッパー５３の排出口５５がホッパー５３の中心を挟んで対向する二箇所設けられているとともに、排出口５５に対応してその下方の下部架台２１に着座する二つのキブル６３が備えられているが、排出口５５及びキブル６３は一つであってもよい。二つある場合には、キブル６３を交互に昇降することにより、掘削土砂の搬出効率を高め、工期を短縮することができる。この場合、排出口５５の下方にキブル６３が待機していないときは、開閉装置５７により排出口５５を閉鎖しておくことが好ましい。
【００１９】
ホッパー５３内で不均一に堆積した土砂は擦り切り板６１で擦り切られ、擦り切られた余剰の土砂は次に回転してくる搬送板５９で搬送される。従って、各搬送板５９は略均等量の土砂を排出口５５に搬送し、排出口５５から略一定量の土砂がコンスタントに排出されることになる。
【００２０】
排出土砂を受け入れたキブル６３は、巻上機のワイヤロープ（図示省略）により縦穴１外に引き上げられる。開閉装置５７は、手動開閉するものであっても、シリンダ等を用いて自動開閉するものであってもよい。また、揚土操作は、作業員によりリモートコントロールすることが好ましいが、光電管感知器等を用いてキブル６３の移動を感知し、排出口５５の開閉を自動化することもできる。
【００２１】
このようにして底面地盤１１の掘削と、掘削土砂の排出が進行し、伸縮ジャッキ３１が伸張しきると、掘削作業を一時停止し、支持基台５のグリッパ２３を弛緩させ、伸縮ジャッキ３１を縮退して支持基台５を下方移動させる。そして、再びグリッパ２３の反力を掘削した縦穴１の内壁面３に取りつつ掘削を開始し、上記の操作を繰り返して縦穴１の形成を進行させることにより、定められた深度の縦穴１が容易に掘削形成されることになる。
【００２２】
この実施例の縦穴掘削装置によれば、掘削作業及び揚土作業を機械化することにより、人力作業を低減することができるとともに、バケットコンベア１５によって底面地盤１１の中央部の先行掘削と揚土とを行なうことにより、掘削と揚土の同時作業が可能になる。また、底面地盤１１の切削をバケットコンベア１５及びヘリカルドラム掘削機１３によって行うので、掘削作業に伴って底面地盤１１での集土作業を同時に行うことが可能になるとともに、ヘリカルドラム掘削機１３による掘削土砂をバケットコンベア１５によって揚土することと相俟って、土質の硬軟による影響の少ない安定した掘削効率を得ることができる。
【００２３】
なお、この発明は、上記実施例の実施の態様のものに限定されるものではなく、上記各請求項に記載された構成の範囲内において、種々変更して採用することができる。すなわち、上記実施例では、深礎工法により基礎杭を構築する際に、空頭の限られた条件下で縦穴１を掘削形成すべくこの発明を採用する場合について記載したが、この発明は、種々の条件下において、杭を構築する場合の他、立坑やマンホール等を構築する際など、あらゆる工事における縦穴の掘削装置として使用でき、その径の大きさも特に制限されるものではない。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、この発明の縦穴掘削装置によれば、縦穴内を下方移動されるセンターポストと、その下部側部から水平方向に延設された掘削機とを一体に旋回するとともに、センターポストに内装され縦穴の底面地盤中央部を先行掘削するバケットコンベアにて、土砂取込み用開口を通じてセンターポスト内に送り込まれた掘削機で掘削した土砂をも搬送し、センターポスト上部の土砂投出口からセンターポスト周りに配設されたホッパーに投出する構成となっているので、特に、大型の吊り重機を常時使用することが困難な作業条件下においても、掘削作業の機械化によって、人力による作業を容易に低減しつつ、効率良く縦穴の掘削作業を行ってゆくことができる。
【００２５】
また、掘削土砂はバケットコンベアによって搬送されるので、掘削土砂が粘性土であっても、センターポスト内で閉塞を起こすことなく、安定した土砂搬送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る縦穴掘削装置の好適な実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】本発明に係る縦穴掘削装置の掘削開始直後における駆動状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 縦穴
３ 内壁面
５ 支持基台
７ 掘削土砂取込み用の開口
９ センターポスト（９Ａ 開口）
１１ 底面地盤
１３ ヘリカルドラム掘削機
（１３Ａ ドラム軸、１３Ｂ ヘリカルベーン、１３Ｃ 切削翼）
１５ バケットコンベア
１７ 支持筒
１９ 上部架台
２１ 下部架台
２３ グリッパ
２５ 押圧ジャッキ
３１ 伸縮ジャッキ
５３ ホッパー
５５ 排出口
６３ キブル
６７ 投出口
７１ チェーン
７３ バケット

Claims (6)

1. 縦穴の内壁面から支持反力を受ける支持基台と、
   前記縦穴の中心に沿って延び、前記支持基台との間に設けられる伸縮機構により該支持基台に対して下方に相対移動可能であり、かつ、その中心線を中心として旋回可能であるとともに、その下部側部に掘削土砂取込み用の開口が形成されたセンターポストと、
   該センターポストの下部側部から水平方向に延設され、センターポストと一体となって旋回しつつ前記縦穴の底面地盤を掘削するとともに、その掘削土砂を前記開口を通じてセンターポスト内に送り込む掘削機と、
   前記センターポストに内装され、その延長方向に沿って無終端状に走行し、センターポストの下端に形成された開口から前記縦穴の底面地盤中央部を掘削するとともに、その掘削土砂、並びに前記掘削機から前記開口を通じてセンターポスト内に送り込まれた掘削土砂を搬送してセンターポストの上部に形成された土砂投出口から投出するバケットコンベアと、
   前記支持基台側に固定され、センターポスト周りに配設されて、前記土砂投出口から投出される掘削土砂を受け入れるホッパーとを備えたことを特徴とする縦穴掘削装置。
2. 前記掘削機が、その螺旋形状による掘削土砂の搬送路が前記センターポストの開口部と連通するように取り付けられ水平軸を中心として自転可能なヘリカルドラム掘削機であることを特徴とする請求項１に記載の縦穴掘削装置。
3. 前記センターポストの下端は前記掘削機より下方に突出しており、前記バケットコンベアにより縦穴の底面地盤中央部を先行掘削することを特徴とする請求項１または２に記載の縦穴掘削装置。
4. 前記ホッパーから放出される掘削土砂を受け入れるキブルを備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の縦穴掘削装置。
5. 前記ホッパーは、受け入れた掘削土砂の排出口を備えるとともに、前記センターポストの旋回によりホッパー内の掘削土砂を排出口に向けて送り出す送り板を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の縦穴掘削装置。
6. 前記支持基台は、該支持基台から放射状に突出する複数の水平ジャッキと、該水平ジャッキの先端に取り付けられ前記縦穴の内壁面を押圧してこれに支持反力を得ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の縦穴掘削装置。

Images