JP4636997B2 - 地下連続壁用水平多軸掘削機及びそれを使用した地下連続壁工法 - Google Patents

Description

この発明は、地下連続壁を構築するための水平多軸掘削機とそれを使用した地下連続壁工法に関し、ドラム面に配設した掘削歯による土砂の掘り残しが発生しないようにすると共に、掘削土砂と固結剤の撹拌混合が満遍なくおこなわれるようにするものである。

水平多軸掘削機は、図７に示すように、移動型クレーン等に設置したリーダに吊り下げられた掘削機本体１に複数の掘削ドラムが並列に配置され、ドラムの表面には掘削歯が取り付けてある。
ドラムの回転駆動は、一例を挙げると、ドラム内に油圧モータを配置し、ドラムの回転軸を駆動するものであるが、油圧モータに作動油を供給するための配管をドラムとドラムの間からドラム内に供給するようにしてあるので、必然的に配管を設置するための空間をドラム間に設けなければならず、そのため、いずれの掘削歯も到達しない領域が生じ、その結果未掘削部分が残ってしまうという問題があった。

油圧モータ等の駆動源をドラムの外部に設置し、シャフトとベベルギアやギア列によって回転力をドラムに伝達する方式であっても、ドラムとドラムの間には駆動力の伝達機構を配置してドラム内の回転軸に駆動力を伝達しなければならず、これまた、ドラム間に掘削歯が到達し得ない領域が形成されて未掘削部分が生じてしまっていた。
このような問題を解決するために、図８に示すように、ドラムに設けた掘削歯を揺動できるようにヒンジ構造として枢支し、掘削歯が掘削土砂からの抵抗力でドラムの中心側に倒れるようにして掘削機の中心部に未掘削部分が発生するのを防止することが特許文献１で提案されている。
また、本発明者は、図９に示すように、水平多軸掘削機のドラムのドライブシャフトの両端の主ドラムの内側に設けた副ドラムがカラーに横移動可能に取り付けてあり、副ドラムの最内側に上部周縁からドライブシャフトに向かって厚みが薄くなる傾斜案内板を取り付けることによって副ドラムがドライブシャフトに対して傾斜状態で回転するようにしてドラムの下部には未掘削領域が形成されないようにした水平多軸掘削機を提案した。
米国特許第４８３４１９７号明細書 特公平６−６０５０１号公報

図９の水平多軸掘削機は、未掘削部分の発生を解消することができたが、副ドラムが常時傾斜案内板に接触して回転するものであるので、摩耗しやすくメンテナンスが面倒であった。
そこで、大きな摩擦力を生ずることなく、副ドラムを傾斜させるための機構のメンテナンスを容易にし、ドラムの掘削歯が到達し得ない領域が発生しないようにするものである。

水平多軸掘削機のドライブシャフトの両端に主ドラムが取り付けてあり、この主ドラムの内側に副ドラムがドライブシャフトに対して傾斜可能に設けてあり、副ドラムはカムによって傾斜させられて掘削歯が最下部において掘削機本体の中心近傍を通過するようにした水平多軸掘削機である。
副ドラム側面の本体中心側に、副ドラムの傾斜を制御するためのカムとプレートが取り付けてあり、副ドラムの回転に伴ってカムとカムプレートによって副ドラムは傾斜する。
更に具体的には、副ドラムの掘削歯の取り付け位置には中心側に突出するカムが設けてあり、このカムが水平多軸掘削機の中心の両側に設けた上部が下部より外側に突出するカムプレートによって副ドラムを傾斜させて掘削歯の未到達領域を解消するものである。
また、掘削撹拌歯を表面に配設したドラムを並列配置した水平多軸掘削機において、水供給装置、土砂揚泥装置、撹拌用エア供給装置及びセメントミルク供給装置を備えたものであり、礫や玉石を土砂揚泥装置で土壌中から除去し、地上で分離撤去して土砂を戻すことができるようにしたものである。
水供給装置と土砂揚泥装置を備えた多軸掘削機を使用することにより、水を供給して地盤を掘削しながら土砂揚泥装置で掘削土砂を排土し、一定大きさ以上の石等を選別除去して掘削穴に戻し、所定深度に達したら、セメントミルクを供給すると共に土砂とセメントミルクを撹拌混合し、掘削現場の土砂を利用して地下連続壁を構築するものである。

副ドラムは、カムプレートとカムによって回転に伴ってドライブシャフトに対して傾斜させられ、ドラム間に未掘削部が発生することがない。
また、土砂揚泥装置によって礫や玉石を地上に排出するので掘削段階で障害物となり得るものが除去されており、地下連続壁の芯材を所定の深度まで挿入することが容易である。

実施例１
水平多軸掘削機は、図２のドライブシャフト組立体１０の断面図に示すように、内部に油圧モータ１１が内蔵されており、ドライブシャフト１２の両端のフランジ１３には図１に示すように主ドラム２が取り付けられ、主ドラム２の内面側には凹部２１が形成されている。
この主ドラム２の内側には凹部２１にならった凸部２２を有する副ドラム３が設けてあり、両者はドライブシャフト１２によって同期して回転する。
副ドラム３は、図４に示すように、固定リング３２と揺動リング３３がピン４で連結されており、固定リング３２は主ドラム２と連結されており、揺動リング３３はピン４を中心にして僅かな角度（１〜５度）の揺動が可能である。

図２に示すように、ドライブシャフト組立体１０の中心部の両側に設けてあるカムプレート１４、１４は、図１に示すように、リング状であって上半部と下半部にかけて外側に向かう傾斜部１５が形成してあり、上半部が下半部より外側に突出している。このカムプレート１４は、上半部が厚く下部が薄くなるようにしてもよく、上半部が下半部より外側に位置するようにするものであればよい。
副ドラム３の掘削歯３１の位置には、本体の内側に突出するカム３４が設けてあり、カムプレート１４にカム３４が接触しながら回転する。

そのため、副ドラム３が回転してカム３４がカムプレート１４の上半部側に入ると、カムプレート１４の上半部が外側に突出しているため、揺動リング３３の上部がカム３４によって外側に押され、ピン４を中心に上部が外側に、下部が中心側に傾斜し、副ドラム３の掘削歯３１は最下部において、互いにほぼ接する位置まで接近するので、従来未掘削部として残ってしまっていた部分が完全に掘削されることになる。
カム３４とカムプレート１４は、逆の配置にしてもよく、副ドラム側にカムプレート１４を設け、本体側の最上部に外側に突出するカム３４を設けるようにしてもよい。この場合、カムプレート１４は平板のリングである。

更に、副ドラム３が回転すると、下側にあった掘削歯３１のカム３４がカムプレート１４の上半部に移動すると外側に押されて傾斜するので、中心側に向いていた掘削歯３１は外側に、逆に外側を向いていた掘削歯３１は中心に向かい、掘削機本体の中心部近傍を掘削する。
以上のように、水平位置で揺動リング３３の内側と外側が入れ替わりながら、上部では外側に傾き、下部では中心側に向くので、従来、掘削歯が到達し得ずに堀り残りとなる掘削機本体の中心下部を掘削することができ、掘り残しがなくなるのである。

この実施例は、油圧モータをドラム内に設置したものであるが、駆動源をドラムの外に設置し、伝達機構によってドラムを回転するタイプのものにも本発明は応用できることはいうまでもない。
また、地下連続壁などの溝を掘削するだけでなく、地盤改良機や掘削土砂を固壁材として利用する地下連続壁工法にも適用することができる。

実施例２
図５に示すように、水平多軸掘削機１の本体上部は、上側に向かって絞ってあって斜面１６が形成してあり、ドラムが掘り起こした掘削土砂と固化材を混合して地盤改良をしたり、現地土壌を利用した地下連続壁の構築の場合、掘削機が粘性の大きな泥状体にあるときの装置を地上に引き上げる際の抵抗を軽減し、引き上げを容易にしている。

掘削土砂を排出する土砂揚泥装置としてエアリフト管５の先端が２つのドラムの中間に位置するように配置してあり、斜め管５１によって横方向へ延ばしてあり、エア供給管５２がエアリフト管５の垂直部に接続されており、本体１を支持する支持ロッド６に平行に地上まで延ばしてある。ドラム２の上部にセメントミルク注入ノズル７１が配置され、ドラム２の間にセメントミルクを噴出し、掘削した土砂と混合するようにしてある。セメントミルクは供給管５５を通じて供給される。土砂揚泥装置は、水中サンドポンプを使用するものでもよい。
エアリフト管５の両脇にセメントミルクと土砂の混合を促進するための撹拌用空気を噴出する空気ノズル８１が設けてあり、空気はエアコンプレッサーに接続されているエアパイプを通じて供給される。最外側には、掘削土砂を流動化するための水を噴出する水供給パイプ９に接続された水供給ノズル９１が設けてある。

掘削用の主ドラム及び副ドラムは実施例１と同様であり、対向配置されたドラムの表面には掘削撹拌歯３１が、ドラムの掘削撹拌歯の取り付け位置に対して軸方向にずらして互い違いに配置してあり、掘削撹拌歯の回転軌跡がオーバーラップするようにしてある。
対向するドラムは互いに逆回転して土壌を掘り起こして緩め、掘削機本体１の中心側にかき集められ、供給された水によって泥状となり、エアリフトによって地上に排出される。
対向するドラムの掘削撹拌歯の回転軌跡がオーバーラップするため、掘削撹拌されない領域がほとんどなくなる。

本体１の側面にブラケット（図示しない）が取り付けてあり、着脱自在のワイヤブラシ(図示しない)が、その先端が掘削撹拌歯に当たるように設置してある。ドラムの回転に伴ってワイヤブラシが掘削撹拌歯に付着した土壌をクリーニングし、ドラムの回転及び地盤の掘削撹拌がスムースにおこなわれ、土砂とセメントミルクの混合が良好におこなわれる。掘削撹拌歯の地上におけるクリーニングや掘削撹拌歯から除去された固結材が混合された土壌の処分の労力を軽減する。

施工例
図６に示すように、ドラムの直径程度の深さの溝を形成し、その中に水平多軸掘削機１をセットし、水を供給しながら掘削を開始し、泥状化した掘削土砂をエアリフトで地上に排出すると共にセメントミルクを固結材として供給し、エアを噴出して土砂とセメントミルクを均一に混合する。
掘削現場に礫層が存在したり、玉石が混在していると掘削速度が低下すると共に、掘削土砂とセメントミルクを混合して地下連続壁とする場合、補強用のＨ鋼等の芯材を掘削穴に挿入する際に、芯材が玉石に邪魔されて所定の深度まで挿入できず、切断しなければならないことがある。芯材が所定深度まで設置できないと、地下連続壁の強度にも影響するが、土砂と固結材のセメントミルクがすでに混合されているため、玉石を除去するなどの対応策をとるのが困難であった。

そこで、土砂揚泥装置で排出した掘削土砂から礫や玉石を選別除去して掘削溝に戻す。一定程度の大きさの礫が除去されているので、土砂と固結材の混合が十分におこなわれ、芯材を所定の深度まで埋設することができ、設計通りの強度の地下連続壁を構築することができる。

本発明の水平多軸掘削機の正面断面図。 本発明のドライブシャフト組立体の断面図。 水平多軸掘削機の平面断面図。 本発明の副ドラム断面図。 エアリフトを設けた水平多軸掘削機の正面図。 施工状態の説明図。 従来の水平多軸地盤改良装置の施工状態図。 従来の水平多軸掘削機の掘削歯の拡大断面図。 従来の水平多軸掘削機の断面図。

符号の説明

１ 水平多軸掘削機本体
１１ 油圧モータ
１２ ドライブシャフト
１３ フランジ
１４ カムプレート
２ 主ドラム
３ 副ドラム
３４ カム
４ ピン

Claims (6)

1. 水平多軸掘削機のドライブシャフトの両端に主ドラムが取り付けてあり、この主ドラムの内側に副ドラムがドライブシャフトに対して傾斜可能に設けてあり、副ドラムはカムによって傾斜させられて掘削歯が下部において掘削機本体の中心近傍を通過する水平多軸掘削機。
2. 請求項１において、副ドラム側面の本体中心側に副ドラムの傾斜を制御するカムとカムプレートが取り付けてある水平多軸掘削機。
3. 請求項１または２において、副ドラムはピンによってドライブシャフトに対して傾斜可能に設けてある水平多軸掘削機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、水供給装置、土砂揚泥装置、撹拌用エア供給装置及びセメントミルク供給装置を備えた水平多軸掘削機。
5. 請求項４の水平多軸掘削機を使用し、水を供給して地盤を掘削しながら土砂揚泥装置によって掘削土砂を排土し、掘削土砂中の礫や玉石を選別除去して掘削穴に掘削土砂を戻す溝壁掘削方法。
6. 請求項４の水平多軸掘削機を使用し、水を供給して地盤を掘削しながら土砂揚泥装置によって掘削土砂を排土し、掘削土砂中の礫や玉石を選別除去して掘削穴に掘削土砂を戻し、所定深度に達したら、セメントミルクを供給しながら土砂とセメントミルクを撹拌混合する地下連続壁工法。

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