JP4776815B2 - 掘削装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニューマチックケーソンなどの施工に用いられる掘削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ニューマチックケーソンなどの施工に用いられる掘削装置として、特開平１１−３５０４９８号公報に記載されるように、ケーソンの底部に形成される掘削作業室の天井に走行レールを設置し、その走行レールに沿って走行台車を走行可能に取り付け、走行台車に対し旋回可能にアームを取り付け、アーム先端に地盤掘削用のショベルを取り付けたものが知られている。この掘削装置によれば、走行台車の走行とアームの旋回により、ショベルの掘削位置を変えながらケーソン下方の地盤掘削が行われる。そして、ショベルですくい上げられた掘削ズリは、アーム旋回又は走行台車の走行を通じて排土バケットに積み込まれて地上へ排出される。
【０００３】
このような掘削作業において、掘削効率を高めるため、複数の排土バケットを用いて排土作業を行うのが望ましい。すなわち、掘削作業室に排土バケットを配して排土バケットに掘削ズリを積み入れ、排土バケットが満杯になったところで、排土バケットを地上へ引き上げる。その引き上げの間に他の排土バケットを用いて積み込みを行い、空の排土バケットを地上から吊り降ろす。このように、複数の排土バケットを順次交換し掘削及びズリ積み込みを継続して行うことにより、効率よい掘削作業が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の排土バケットを用いて排土作業を行うためには、掘削作業室内でバケット昇降用ワイヤを空の排土バケットからズリを積み込んだ排土バケットへ付け替える作業が必要となる。この付け替え作業は、通常、掘削作業員により行われ、自動化することは困難である。従って、上述した掘削装置よる掘削にあっては、掘削作業を自動化する上で、高効率な掘削を行うことが困難である。
【０００５】
このような不具合を解消するために、掘削作業室に所定量の掘削土を積み込み可能とした積込み装置を配置し、排土バケットが地上へ引き上げられ空となって掘削作業室へ戻るまでの間に積み込み装置に掘削土を積み込み、連続して地盤掘削を行うことが考えられる。
【０００６】
しかし、ショベルで土砂を掬うごとにショベルを積み込み装置まで移動させて積み込み装置へ土砂を投入するとなると、ショベル移動に時間がかかるため、掘削効率が十分に上がらない。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点を解消するためになされたものであって、掘削効率の向上が図れる掘削装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る掘削装置は、ケーソンの底部に形成される掘削作業室内で所定の経路に沿って走行する走行体と、走行体に旋回可能に取り付けられるアーム部を有しアーム部の先端に地盤掘削を行う掘削部を有する掘削手段と、走行体に旋回可能に取り付けられる移送ベルトを有し、移送ベルトの長手方向に移送ベルト全体を掘削手段に対し独立してスライド移動可能とした掘削土搬送手段とを備えて構成されている。
【０００９】
また本発明に係る掘削装置は、前述の掘削土搬送手段が掘削手段から独立して旋回可能に取り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
これらの発明によれば、移送ベルトを旋回可能として走行体に取り付けたことにより、移送ベルトを旋回させて掘削部の近くに位置させることができ、掘削土を移送ベルトに迅速に積み込める。また、移送ベルトをスライド移動させることにより、複数のコンベアなど用いることなく掘削土を地上搬送用の排土バケットの位置まで迅速に移動させることができ、移送ベルトから掘削土を直接排土バケットへ積み入れることができる。従って、地盤の掘削及び掘削土の積み込みが効率良く行える。
【００１１】
また、移送ベルト上に掘削土を積み込むごとに移送ベルトを移送させて、移送ベルト上に所定量の掘削土を積載することができる。このため、掘削土を入れた排土バケットを地上へ引き上げ、空にして掘削作業室へ戻す間、掘削土を移送ベルト上に積載することにより、連続して地盤掘削が行え、自動化掘削における高効率な掘削が実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明における実施の形態について説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
【００１６】
図１に本実施形態に係る掘削装置の側面図、図１に本実施形態に係る掘削装置の平面図を示す。図１、２に示すように、本実施形態に係る掘削装置１は、ニューマチックケーソンの施工に用いられる掘削装置であり、ケーソン２の底部に形成される掘削作業室３内に設置されている。
【００１７】
掘削作業室３の天井３ａには走行レール４が設置され、走行レール４には走行台車５が移動可能に支持されている。走行レール４は、走行台車５の走行経路を構成するガイド部材であり、例えば二つのＨ鋼を並設して構成される。図２では、直線状の走行レール４が設けられているが、そのような形状に限られるものではなく、円形など曲線状に走行レール４を設ける場合もある。
【００１８】
走行台車５は、掘削作業室３内を走行する走行体であり、走行レール４に係合する車輪５ａを有し、走行レール４に沿って走行可能となっている。走行台車５の走行制御は、ケーソン２の外部に設置される制御管理室（図示なし）から遠隔操作により行われる。
【００１９】
走行台車５には、公転フレーム６が回転可能に取り付けられている。公転フレーム６は、鉛直方向の公転軸６ａを中心に走行台車５に対して回転可能に取り付けられる回転体であり、例えば、円板状に形成される。公転フレーム６の回転制御（公転制御）は、ケーソン２の外部に設置される制御管理室（図示なし）から遠隔操作により行われる。なお、この公転フレーム６としては、公転軸６ａを中心に旋回するアーム状のものを用いてもよい。
【００２０】
公転フレーム６には、ショベル７が取り付けられている。ショベル７は、地盤掘削を行う掘削手段であり、アーム部８の先端にバケット９を取り付けて構成されている。バケット９は、地盤掘削を行う掘削部を構成するものであり、特に岩盤以外の砂質土、砂礫、シルトなどの普通土砂の掘削を行うものである。この掘削部としては、掘削地盤の地質に応じて岩盤の掘削を行う岩盤掘削用のものを用いる場合もある。
【００２１】
アーム部８の基端は、回転盤１２を介して公転フレーム６に回転可能に支持されている。このため、その回転軸、即ち自転軸８ａを中心にアーム部８を旋回させることができる。自転軸８ａは、公転フレーム６の公転軸６ａから所定距離隔てた位置に設定される。
【００２２】
アーム部８は、その長手方向へ伸縮可能に構成され、例えば、テレスコピック機構により伸縮可能に構成される。また、アーム部８は、その基端が回転盤１２に対し水平軸８ｂを中心に回転可能に支持されており、俯仰可能となっている。このアーム部８の俯仰により、バケット９を上下方向に移動させる。アーム部８の俯仰は、アーム部８の中間位置に取り付けられるシリンダ１０の伸縮により行われる。バケット９は、アーム部８の先端部分に対し水平軸９ａを中心に回転可能に取り付けられ、俯仰可能となっている。バケット９の俯仰は、シリンダ１１の伸縮により行われる。
【００２３】
アーム部８の伸縮制御、アーム部８の旋回制御（自転制御）及びバケット９の俯仰制御は、ケーソン２の外部に設置される制御管理室（図示なし）から遠隔操作により行われる。
【００２４】
走行台車５には、公転フレーム６、回転盤１２を介して、コンベア２０が回転可能に取り付けられている。コンベア２０は、ショベル７の掘削により生じる掘削土（掘削ズリ）を搬送する掘削土搬送手段である。コンベア２０は、回転盤１２に対し旋回軸２１ａを中心に旋回自在に取り付けられるアーム２１を具備している。
【００２５】
アーム２１には、枠体２２を介して移送ベルト２３が取り付けられている。移送ベルト２３は、帯体を環状とした無端状ベルトであり、コンベア２０の先端及び後端（基端）に設置されるローラ２４、２４に巻回され、回転により上面に積載された掘削土３０を移送する。また、移送ベルト２３は、その上面に所定の掘削土３０を積載可能となっている。その掘削土積載量は、地上へ掘削土３０を搬送する排土バケット４３の積載量と同じ又はそれ以上とするのが望ましい。
【００２６】
アーム２１が回転盤１２に対し旋回可能となっているため、アーム２１の旋回により、コンベア２０をショベル７から独立して旋回させることができる。
【００２７】
移送ベルト２３は、枠体２２に対して、スライド移動可能に取り付けられ、かつ、俯仰可能に取り付けられている。移送ベルト２３は、その長手方向、即ち掘削土搬送方向にその全体をスライド可能に取り付けられ、掘削土３０を積載したまま、その全体が水平移動する。スライド機構としては、例えば、枠体２２とローラ支持部材（図示なし）との間に油圧シリンダを配設し、その油圧シリンダの伸縮によりローラ支持部材及びローラ２４とともに移送ベルト２３を水平移動させるものが用いられる。
【００２８】
移送ベルト２３は、枠体２２がアーム２１に対し水平軸２２ａを中心に回動自在に支持されており、その回動により俯仰可能となっている。その俯仰により、移送ベルト２３の姿勢角度を変化させることができる。なお、コンベア２０の旋回制御（回転制御）、スライド移動制御、俯仰制御及びベルト回転制御は、ケーソン２の外部に設置される制御管理室（図示なし）から遠隔操作により行われる。
【００２９】
ケーソン２の底版２ａには、マンシャフト４１、マテリアルシャフト４２が貫通している。マンシャフト４１は、マンロックに連通する管体である。マテリアルシャフト４２は、マテリアルロックに連通する管体であり、掘削の際に排土バケット４３の昇降経路として用いられる。また、ケーソン２底部の掘削作業室３には、ケーソン２の外部に設置される加圧装置（図示なし）により所定の空気圧がかけられている。
【００３０】
次に、本実施形態に係る掘削装置の動作及び掘削方法について説明する。
【００３１】
図１において、掘削する位置に応じて、走行体５の移動及び公転フレーム６の旋回が行われる。そして、掘削位置にバケット９が位置するようにショベル７のアーム部８を旋回させ俯仰させる。そして、アーム部８を伸長させてバケット９を地盤内に圧入し、土砂をすくい上げる。
【００３２】
その際、図３に示すように、旋回軸２１ａを中心にコンベア２０を旋回させ（矢印Ａ）、移送ベルト２３の先端部分をバケット９の近傍に位置させておく。これにより、ショベル７を少し旋回させるだけで、バケット９によりすくい上げた掘削土３０を容易に移送ベルト２３上に積み込むことができる。掘削土３０を積み込むごとに移送ベルト２３を作動させ（矢印Ｂ）、移送ベルト２３の先端側から後端側へ掘削土３０を移送し順次積載していく。
【００３３】
そして、図４に示すように、移送ベルト２３上に掘削土３０を十分に積載したら、必要に応じて走行体５の移動及び公転フレーム６の旋回を行った後、移送ベルト２３全体を後方へスライド移動させて後退させて（矢印Ｃ）、移送ベルト２３の後端部分が排土バケット４３の上方位置に来るように移送ベルト２３を俯仰させる（矢印Ｄ）。そして、移送ベルト２３を作動させて（矢印Ｂ）、掘削土３０を排土バケット４３内に入れていく。
【００３４】
そして、移送ベルト２３上の掘削土３０を全て排土バケット４３内に入れ終えたら、排土バケット４３を上昇させ、マテリアルシャフト４２を通じて地上へ引き上げる。そして、排土バケット４３内の掘削土３０を地上で排出し空の排土バケット４３が掘削作業室３に戻ってくるまでの間、ショベル７及びコンベア２０による地盤掘削及び掘削土積み込みを繰り返して行い、掘削土３０をコンベア２０の移送ベルト２３上に積み込んでおく。そして、空の排土バケット４３が掘削作業室３に降下してきたら、再び排土バケット４３に掘削土３０を入れ、地上へ引き上げる。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係る掘削装置によれば、排土バケット４３が地上へ掘削土３０を排出してくる間、地盤掘削を進めつつ掘削土３０を移送ベルト２３上にためておくことにより、マテリアルシャフト４２に対し一つの排土バケット４３を用いて掘削土３０の搬送を行う場合でも、連続して地盤掘削が行えるため、効率よく掘削が行える。また、複数の排土バケット４３を交換して掘削土排出を行うものではないため、掘削作業の自動化が実現できる。
【００３６】
また、移送ベルト２３を有するコンベア２０を旋回可能としたことにより、ショベル７から移送ベルト２３への掘削土３０の積み込みが迅速に行え、掘削効率の向上が図れる。更に、移送ベルト２３を後方へスライド移動可能としたことにより、複数のコンベアを用いることなく掘削土３０を移動できるため、掘削作業室３に高さ制限がある場合でも、掘削土３０の移送が可能となる。
【００３７】
また、本実施形態に係る掘削装置によれば、種々のケーソンに対応して掘削が可能であり、汎用性に優れている。
【００３８】
例えば、図５に示すように、本実施形態に係る掘削装置では、走行体５に対し公転フレーム６が旋回自在に取り付けられ、その公転フレーム６にショベル７が旋回可能に取り付けられている。このため、公転フレーム６及びショベル７を適宜旋回させることにより、走行体５を移動させなくても、公転軸６ａからバケット９までの距離を半径Ｒとする円形領域（図５の斜線部）を全て掘削することができる。
【００３９】
一方、図６に示すように、走行体１０５に直接ショベル１０７が旋回可能に取り付けられている場合には、半径Ｒ１の円形領域の外縁部分しか掘削できず、その円形領域の内部を掘削することができない。この場合、その内部まで掘削を行おうとすると、ショベル１０７の伸縮量を大きくすることが考えられる。しかし、円形領域全体を掘削することは困難であり、またアーム部分の構造が複雑となって装置が大型化し、施工コストの増加を招く。
【００４０】
また、円形領域の内部を掘削するため、図７に示すように、円形の走行レール１０４を設け、ショベル１０７の旋回半径をＲより小さくして、円形範囲を全て掘削することも考えられる。しかし、図７のような掘削装置では、半径Ｒより広い範囲に掘削を行うとすると、同様な掘削装置を複数設置する必要があり、施工コストが多大なものとなる。
【００４１】
これに対し、本実施形態に係る掘削装置では、走行体５の走行レール４を設けることにより、掘削装置の設置数を増やすことなく半径Ｒの円形範囲より広い範囲の掘削が可能である。このように、本実施形態に係る掘削装置では、ケーソンの大小に応じて掘削が可能であり、汎用性に優れている。
【００４２】
また、本実施形態に係る掘削装置では、走行体５に対し公転フレーム６が公転軸６ａを中心に旋回自在に取り付けられ、その公転フレーム６に対しショベル７が自転軸８ａを中心に旋回可能に取り付けられているため、公転フレーム６及びショベル７を適宜旋回させることにより、バケット９の掘削位置を自由に移動できる。従って、矩形範囲や小判型範囲などの掘削も容易に行え、ケーソンの形状に応じて掘削が可能であり、汎用性に優れている。
【００４３】
これに対し、図６に示す掘削装置などでは、矩形範囲や小判型範囲などの掘削を行うためには、走行体１０５を移動させるか、ショベル１０７のアームの伸縮量を増加させる必要があり、施工コストの増大化を招くこととなる。
【００４４】
なお、本実施形態では、比較的小規模なケーソンの施工に行う場合について詳述したが、本発明に係る掘削装置はそのようなものに限られるものではなく、複数の掘削装置を用いて一つのケーソン施工に係る掘削を行うものであってもよい。
【００４５】
例えば、図８に示すように、ケーソン２に対し直線状の走行レール４を複数並設し、掘削装置１を直線的に移動可能として掘削を行い、大型ケーソンの施工に用いてもよい。
【００４６】
また、図９に示すように、円形の走行レール４を複数配列し、掘削装置１を円周に沿って移動可能として掘削を行い、大型ケーソンの施工に用いてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、移送ベルトを旋回可能として走行体に取り付けたことにより、移送ベルトを旋回させて掘削部の近くに位置させることができ、掘削土を移送ベルトに迅速に積み込める。また、移送ベルトをスライド移動可能としたことにより、掘削土を地上搬送用の排土バケットの位置まで迅速に移動させることができ、移送ベルトから掘削土を直接排土バケットへ積み入れることができる。従って、地盤の掘削及び掘削土の積み込みが効率良く行える。
【００４８】
また、掘削作業室内を走行する走行体に回転可能に回転体を取り付け、その回転体に対し旋回可能に掘削手段を取り付けることにより、回転体の回転及び掘削手段の旋回により掘削位置を自由に設定することができ、ケーソンの大きさや形状に合わせて掘削が行える。従って、種々のケーソンに対応した地盤掘削が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る掘削装置の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る掘削装置の説明図である。
【図３】図１の掘削装置の動作及び掘削方法の説明図である。
【図４】図１の掘削装置の動作及び掘削方法の説明図である。
【図５】図１の掘削装置における掘削範囲の説明図である。
【図６】比較例の説明図である。
【図７】比較例の説明図である。
【図８】本実施形態に係る掘削装置の変形例の説明図である。
【図９】本実施形態に係る掘削装置の変形例の説明図である。
【符号の説明】
１…掘削装置、
２…ケーソン、
３…掘削作業室、
４…走行レール、
５…走行台車（走行体）、
６…公転フレーム（回転体）、
６ａ…公転軸、
７…ショベル（掘削手段）、
８…アーム部、
８ａ…自転軸
９…バケット（掘削部）、
２０…コンベア（掘削土搬送手段）、
２３…移送ベルト、
３０…掘削土、
４３…排土バケット。

Claims (2)

1. ケーソンの底部に形成される掘削作業室内で所定の経路に沿って走行する走行体と、
   前記走行体に旋回可能に取り付けられるアーム部を有し、前記アーム部の先端に地盤掘削を行う掘削部を有する掘削手段と、
   前記走行体に旋回可能に取り付けられる移送ベルトを有し、前記移送ベルトの長手方向に前記移送ベルト全体を前記掘削手段に対し独立してスライド移動可能とした掘削土搬送手段と、
   を備えた掘削装置。
2. 前記掘削土搬送手段は、前記掘削手段から独立して旋回可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。

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