JP4851805B2 - 掘削・排土装置および掘削・排土方法 - Google Patents

Description

本発明は、立坑の構築を目的とした井筒の圧入沈設工法に際し、井筒内部の土砂を例えばクラムシェル、ハンマーグラブ等のバケット系掘削手段にて掘削して排土する掘削・排土（揚土）装置と掘削・排土方法に関するものである。

井筒圧入沈設工法の一つであるスチールセグメント圧入工法においては、例えば特許文献１に記載のように、リングピースを水平・鉛直方向にそれぞれボルト・ナットにて結合することにより筒状壁体を形成し、この筒状壁体の内部をクラムシェル、ハンマーグラブ等のバケット系掘削手段にて掘削・排土した上で圧入・沈設し、かかる工程を繰り返すことで所定深度の筒状壁体または土止め壁をもって立坑を構築することを基本としている。
特開平８−１０５０５４号公報

この場合において、例えば図１２に示すように、筒状壁体５０の投影面積内においてその筒状壁体５０の上部解放端よりも上方に給排水系や給電系等の地中埋設物が障害物Ｑとして存在すると、それらの障害物Ｑの下方にはバケット系掘削手段であるクラムシェル５１を投入することができない故にその掘削が困難となり、掘削可能範囲は同図（Ｂ）にハッチングを付したほぼ半分の領域だけとなり、上記障害物Ｑのいわゆる一時的な切り回しが可能である場合を除き所期の目的を達成できなくなる。なお、図１２において、５２は例えば鋼矢板５３による矢板壁工法をもって形成されたピットを、５４は油圧ジャッキ５５を主要素とする圧入沈設装置をそれぞれに示す。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ上記のようなクラムシェル等のバケット系掘削手段の投入に制約を伴う場合であってもその掘削を可能とした掘削・排土装置と掘削・排土方法を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、地中に圧入した井筒の内部の土砂を、クレーンに索条体を介して吊り下げ支持させたバケット系掘削手段にて掘削して排土するようにした掘削・排土装置であって、クレーンからの索条体の吊り下げ位置と井筒内部におけるバケット系掘削手段の吊り下げ位置とを水平方向で互いにオフセットさせる誘導装置を備えている。そして、上記誘導装置は、それぞれに井筒よりも上方位置にて索条体を案内する定位置式の上部案内手段と可動式の下部案内手段を有していて、下部案内手段の移動量に応じて上記オフセット量が任意に調整可能となっていることを特徴とする。

上記の井筒としては、例えばＰＣウェル、スチールセグメントのほかライナープレート等を使用することができ、またバケット系掘削手段としては先にも述べたようにクラムシェルあるいはハンマーグラブ等を用いるものとする。

より具体的には、例えば請求項２に記載のように上記下部案内手段はモータの起動により走行移動するものとし、また、請求項３に記載のように上記上部案内手段および下部案内手段は共にガイドローラであるものとする。

より望ましくは、請求項４に記載のように、上記上部案内手段および下部案内手段は共に長尺なロール状のものであって、外周面にはその長手方向に沿って選択使用可能な多数の案内溝を形成してあるものとする。

そして、請求項５に記載のように、井筒を地中に圧入沈設するための圧入沈設装置を備えている場合には、その圧入沈設装置のうち井筒の上端に当接して沈設荷重を加えるための加圧桁部材に上記誘導装置が搭載されているものとする。

また、請求項６に記載のように、必要に応じて誘導装置を上下二段にわたって配置しても良く、その場合には、請求項７に記載のように、圧入沈設装置の加圧桁部材上に下側の誘導装置を搭載するものとする。

請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の掘削・排土装置を用いた掘削・排土方法として捉えたものであって、井筒内にバケット系掘削手段を投入し、そのバケット系掘削手段が着底する前に当該バケット系掘削手段を初期投入位置よりも水平方向にオフセットさせ、そのオフセット位置にてバケット系掘削手段を井筒底部に着底させて土砂の掴み動作に移行することを特徴とする。

望ましくは、請求項９に記載のように、土砂を収容したバケット系掘削手段をオフセット位置にて吊り上げて井筒底部から離間させ、そのバケット系掘削手段をオフセット位置から初期投入位置へ移動させた上で、井筒内部から吊り上げて排土動作に移行するものとする。

したがって、少なくとも請求項１，８に記載の発明では、クレーンからの索条体の吊り下げ位置と井筒内部におけるバケット系掘削手段の吊り下げ位置とを水平方向で積極的にオフセットさせることで、井筒の投影面積内に障害物が存在してもその障害物の下方位置までも無理なく掘削して排土することが可能となる。

請求項１，８に記載の発明によれば、井筒の解放端よりも上方位置に部分的に障害物が存在しているような場合でも、その障害物の下方位置までも無理なく掘削して排土することが可能となり、施工性および作業性に優れるものである。

図１は本発明に係る掘削・排土工法のより具体的な実施の形態を示す図であり、井筒沈設工法の一つであるスチールセグメント圧入工法に適用した場合の例を示している。

図１に示すように、鋼矢板２による矢板壁工法をもって地面よりも一段低い位置にピット１を予め形成しておき、このピット１の底部において単位要素であるリング状のスチールセグメント３ａ，３ａ‥を継ぎ足すようにして井筒としての筒状壁体（井筒構造体）３を組み立てながらその内部を掘削・排土し、その上で筒状壁体３を段階的に地中に圧入沈設するものである。そして、上記の筒状壁体３の組み立てと内部の掘削・排土処理、および圧入沈設動作を繰り返すことで上記の筒状壁体３をもって所定深度の土留め壁もしくは立坑が構築されることになる。なお、上記スチールセグメント３ａ，３ａ‥は円周方向で適宜数に分割された円弧状の分割素片をもって組み立てられる。また、鋼矢板２は内側から桁部材４，５で支えられている。

ピット１内には、図２にも示すように地中埋設物等の障害物Ｑを回避するようにして圧入沈設装置６を配置してある。圧入沈設装置６は、周知のように共に井桁状の上部桁７と下部桁８とを組み合わせてなる加圧桁部材９上に、グラウンドアンカー１０を反力受けとする複数の油圧ジャッキ１１を立設したものであり、先の例では、この油圧ジャッキ１１の作動に応じ、組み立てられた筒状壁体３の上面に圧下力を作用させることで筒状壁体３が圧入沈設されることになる。

上記圧入沈設装置６の上方には、クローラクレーン１２のジブ１３から索条体であるワイヤロープ１４を介して吊り下げられたバケット系掘削手段としてクラムシェル１５が待機しており、このクラムシェル１５の筒状壁体３内への投入と吊り上げとを繰り返すことで筒状壁体３内の掘削とその排土（揚土）が行われることになる。

ここで、図２に示すように筒状壁体３の上方にはその筒状壁体３の一部を横切るように障害物Ｑが存在していることから、それ以外の部位では真上からのクラムシェル１５の投入が可能ではあっても、障害物Ｑの下方には真上からのクラムシェル１５の投入が不可能となっている。そのために本実施の形態では、クローラクレーン１２のジブ１３からのワイヤロープ１４の吊り下げ位置Ｐ１に対して筒状壁体３内におけるクラムシェル１５の吊り下げ位置Ｐ２を積極的にオフセットさせるべく、圧入沈設装置６の加圧桁部材９上にクラムシェル１５の誘導装置１６を配置してある。

この誘導装置１６は、図３〜５に示すように、加圧桁部材９の上部桁７の上に井桁状のフレーム１７を搭載し、そのフレーム１７上に可動式の下部案内手段としての下側ガイドローラ１８を水平方向に走行移動可能に配置してあるとともに、加圧桁部材９の中央部にはフレーム１７を跨ぐようにして下側ガイドローラ１８と平行な定位置式の上部案内手段としての上側ガイドローラ１９を横架させたもので、この上側ガイドローラ１９は、加圧桁部材９を形成している上部桁７の横桁７ａ上にポスト２０を立設した上で、そのポスト２０にいわゆる両持ち支持形態をもって回転可能に軸受支持させてある。

上記フレーム１７を形成している横桁１７ａの上には左右一対のガイドレール２１を配置してあり、それぞれのガイドレール２１の上には軸受箱として機能する箱型の台車２２を走行移動可能に搭載し、それら一対の台車２２，２２間に下側ガイドローラ１８をいわゆる両持ち支持形態をもって回転可能に軸受支持させてある。なお、下側ガイドローラ１８を軸受支持している台車２２はその下側ガイドローラ１８とともに上側ガイドローラ１９の下側空間を通過可能であり、その際に双方のガイドローラ１８，１９同士が干渉しないようにそれぞれのガイドローラ１８，１９や台車２２の高さを設定してある。

また、上記フレーム１７上においてガイドレール２１の長手方向両端部にはそれぞれにチェーンスプロケット２３，２４を軸受支持させてあるとともに、一端側のチェーンスプロケット２４，２４同士はカウンタシャフト２５にて相互に同軸一体に連結してある。そして、チェーンスプロケット２３，２４間には個別にドリブン側チェーン２６を巻き掛けた上で、そのドリブン側チェーン２６の始終両端部を台車２２に連結してある。

さらに、フレーム１７上に搭載した電動式のモータ２７の回転軸とカウンタシャフト２５にも駆動側となる別のチェーンスプロケット２８，２９を個別に設けてあり、それらのチェーンスプロケット２８，２９にはエンドレスなドライブ側チェーン３０を巻き掛けてある。そして、モータ２７の起動により、下側ガイドローラ１８を支持している左右一対の台車２２がその下側ガイドローラ１８とともにガイドレール２１上を走行移動可能、すなわち往復移動可能となっている。

このような構成のために、例えば図１，４の右端の退避位置Ｈ１に下側ガイドローラ１８を位置させた状態で、その下側ガイドローラ１８と上側ガイドローラ１９との間を通してクラムシェル１５を筒状壁体３の中に投入した上で、下側ガイドローラ１８を図５の誘導位置Ｈ２まで走行移動させて停止させれば、ワイヤロープ１４を双方のガイドローラ１８，１９にて案内しながらも、クローラクレーン１２のジブ１３からのワイヤロープ１４の吊り下げ位置Ｐ１に対して筒状壁体３内におけるクラムシェル１５の吊り下げ位置を所定量Ｍだけオフセットさせることができるようになっている。なお、オフセット量Ｍは下側ガイドローラ１８の走行移動量に応じて適宜調整可能である。

ここで、図４，５に示すように下側側ガイドローラ１８および上側ガイドローラ１９は共に長尺ロール状のものであって、その外周円筒面には所定のピッチで円環状のビード３１を形成してあり、その結果として各ガイドローラ１８，１９の円筒外周面には長手方向に沿って多数の案内溝３２，３２‥を形成してある。

したがって、本実施の形態によれば、図１に示すように圧入沈設した筒状壁体３の内部を掘削・排土するに際し、上部空間に障害物Ｑが存在しない領域では常法により真上からクラムシェル１５を投入して筒状壁体３の内部の土砂の掘削・排土を行うことになるものの、障害物Ｑの下方領域ではその障害物Ｑの存在のために真上からクラムシェル１５を投入することができないために次のような手順で筒状壁体３の内部の土砂の掘削・排土を行うものとする。

つまり、図４のほか図６に示すように、下側ガイドローラ１８を右端の退避位置Ｈ１に待機させた状態で、下側ガイドローラ１８と上側ガイドローラ１９とのなす空間を通して真上からクラムシェル１５を投入して、そのクラムシェル１５が底面Ｇに着底する前に一旦いわゆる宙吊り状態に保持する（図６の符号ａ１の状態）。この時点では双方のガイドローラ１８，１９は何ら機能しない。

図６のａ１のようなクラムシェル１５の宙吊り状態において、下側ガイドローラ１８を台車２２とともに同図の左方向に走行移動させ、図７に示すように上側ガイドローラ１９を通り越した誘導位置Ｈ２にて停止させる。これにより、ワイヤロープ１４が上側ガイドローラ１９の下側部分に巻き付く一方で下側ガイドローラ１８の上側部分に巻き付き、筒状壁体３内におけるクラムシェル１５の吊り下げ位置は当初のクローラクレーン１２のジブ１３からの吊り下げ位置Ｐ１に対してＭだけオフセットし、結果としてクラムシェル１５は筒状壁体３内にありながらも障害物Ｑの真下に位置することになる（図７の符号ａ２の状態）。

この時、ワイヤロープ１４は双方のガイドローラ１８，１９の外周円筒面において図４，５に示すようにいずれかの案内溝３２に係合することになるので、各ガイドローラ１８，１９の長手方向におけるワイヤロープ１４の位置ずれが未然に防止されるとともに、オペレータはワイヤロープ１４が係合した案内溝３２の位置と下側ガイドローラ１８の移動量を目視確認することで、筒状壁体３内におけるクラムシェル１５の位置を把握することが可能となる。

この状態でワイヤロープ１４を繰り出してクラムシェル１５が底面Ｇに着底するまで再投入する（図７の符号ａ３の状態）。そして、クラムシェル１５が土砂を掴み取ったならば再びクラムシェル１５を同図の符号ａ２の宙吊り状態とした上で、下側ガイドローラ１８を退避位置Ｈ１まで走行移動させて、同図に示すようにクラムシェル１５を符号ａ１の状態をもって当初のクローラクレーン１２からの吊り下げ位置Ｐ１に戻す。この状態からワイヤロープ１４を巻き上げて、クラムシェル１５が双方のガイドローラ１８，１９と干渉しないように注意しながら筒状壁体３から吊り上げることによりクラムシェル１５による排土が行われる。

したがって、図２に示すように障害物Ｑが存在しているにもかかわらず、筒状壁体３の投影面積の全領域（ハッチングを付した領域）においてその掘削・排土が可能であり。障害物Ｑの存在のために従来は困難とされていた一部の掘削・排土処理、すなわち障害物Ｑの下方領域での掘削・排土処理も無理なく行うことができるようになる。

ここで、上記のようなクラムシェル１５による掘削・排土処理以外にも誘導装置１６を有効利用することが可能である。例えば、図８に示すように筒状壁体３となるべきスチールセグメント３ａはさらに複数の分割素片をもって形成されることは先に述べた通りであるが、その分割素片３ｂの搬入に際しても、障害物Ｑの下方位置では真上からの分割素片３ｂの搬入が困難であることから、先の掘削・排土処理の場合と同様に誘導装置１６を使ってワイヤロープ１４をオフセットさせて分割素片３ｂの搬入を行うものとする。なお、図８の符号Ｂは筒状壁体の内側に配設される専用の足場を、Ｍは作業者をそれぞれ示す。

図９には本発明の第２の実施の形態を示す。

この実施の形態では、地面上に圧入沈設装置３６を配置した場合であって、且つ上空に障害物Ｑが存在していてクローラクレーン１２のジブ１３が十分にアプローチできない場合に、誘導装置１６を使ってワイヤロープ１４をオフセットさせるようにしたものである。この場合のも先の第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

図１０，１１には図８の変形例として本発明の第３の実施の形態を示す。なお、図１０，１１では図８と共通する部分に同一符号を付してある。

この第３の実施の形態では、図８と比較すると明らかなように、平面視にて直交するような形態で上下二段にわたり障害物Ｑ１，Ｑ２が存在する場合等に備えて、誘導装置１６Ａ，１６Ｂを上下二段にわたり配置するとともに、下側の誘導装置１６Ｂを圧入沈設装置６の加圧桁部材９上に設置したもので、その上下の誘導装置１６Ａ，１６Ｂ間では下部案内手段である下側ガイドローラ１８および上部案内手段である上側ガイドローラ１９の位相を平面視にて互いに９０度ずらしてある。なお、誘導装置１６Ａ，１６Ｂそのものの構造は図８に示した誘導装置１６と同様である。

この第３の実施の形態によれば、上下で互いに独立している二つの誘導装置１６Ａ，１６Ｂを使って索条体としてのワイヤロープ１４をオフセットさせることが可能であることから、そのワイヤロープ１４のオフセット位置の自由度が一段と大きくなり、例えば図１１に示すように平面視にて交差するようなかたちで障害物Ｑ１，Ｑ２が存在するような場合でも、これらの障害物Ｑ１，Ｑ２を回避しながら無理なく作業を行えるようになる。

ここで、本実施の形態では、図８と同様の分割素片３ｂの搬入に適用した場合について例示しているが、図１に示したような掘削・排土処理に適用することももちろん可能である。

本発明に係る掘削・排土装置のより具体的な実施の形態を示す全体の構成説明図。 図１における筒状壁体の平面説明図。 図１の要部拡大説明図。 図３の拡大平面説明図。 図４の状態から下側ガイドローラを走行移動させた時の平面説明図。 図１の装置での施工手順を示す要部拡大説明図。 図１の装置での施工手順を示す要部拡大説明図。 図１の装置を他の用途に有効利用した場合の説明図。 本発明に係る掘削・排土装置の第２の実施の形態を示す構成説明図。 本発明に係る掘削・排土装置の第３の実施の形態を示す構成説明図。 図１０における筒状壁体の平面説明図。 （Ａ）は従来の掘削・排土のための施工例の一例を示す説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の平面説明図。

符号の説明

３…筒状壁体（井筒）
３ａ…スチールセグメント
６…圧入沈設装置
９…加圧桁部材
１１…油圧ジャッキ
１２…クローラクレーン
１４…ワイヤロープ（索条体）
１５…クラムシェル（バケット系掘削手段）
１６…誘導装置
１６Ａ，１６Ｂ…誘導装置
１８…下側ガイドローラ（下部案内手段）
１９…上側ガイドローラ（上部案内手段）
２７…モータ
３２…案内溝
Ｐ１…クレーンから吊り下げ位置
Ｐ２…筒状壁体内におけるバケット系掘削手段の吊り下げ位置
Ｍ…オフセット量

Claims (9)

1. 地中に圧入した井筒の内部の土砂を、クレーンに索条体を介して吊り下げ支持させたバケット系掘削手段にて掘削して排土するようにした掘削・排土装置であって、
   クレーンからの索条体の吊り下げ位置と井筒内部におけるバケット系掘削手段の吊り下げ位置とを水平方向で互いにオフセットさせる誘導装置を備えているとともに、
   上記誘導装置は、それぞれに井筒よりも上方位置にて索条体を案内する定位置式の上部案内手段と可動式の下部案内手段を有していて、
   下部案内手段の移動量に応じて上記オフセット量が任意に調整可能となっていることを特徴とする掘削・排土装置。
2. 上記下部案内手段はモータの起動により走行移動するものであることを特徴とする請求項１に記載の掘削・排土装置。
3. 上記上部案内手段および下部案内手段が共にガイドローラであることを特徴とする請求項１または２に記載の掘削・排土装置。
4. 上記上部案内手段および下部案内手段は共に長尺なロール状のものであって、外周面にはその長手方向に沿って選択使用可能な多数の案内溝を形成してあることを特徴とする請求項３に記載の掘削・排土装置。
5. 井筒を地中に圧入沈設するための圧入沈設装置を備えているとともに、その圧入沈設装置のうち井筒の上端に当接して沈設荷重を加えるための加圧桁部材に上記誘導装置が搭載されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の掘削・排土装置。
6. 上記誘導装置を上下二段にわたって配置してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の掘削・排土装置。
7. 井筒を地中に圧入沈設するための圧入沈設装置を備えているとともに、その圧入沈設装置のうち井筒の上端に当接して沈設荷重を加えるための加圧桁部材に下側の誘導装置が搭載されていることを特徴とする請求項６に記載の掘削・排土装置。
8. 請求項１に記載の掘削・排土装置を用いた掘削・排土方法であって、
   井筒内にバケット系掘削手段を投入し、そのバケット系掘削手段が着底する前に当該バケット系掘削手段を初期投入位置よりも水平方向にオフセットさせ、そのオフセット位置にてバケット系掘削手段を井筒底部に着底させて土砂の掴み動作に移行することを特徴とする掘削・排土方法。
9. 土砂を収容したバケット系掘削手段をオフセット位置にて吊り上げて井筒底部から離間させ、そのバケット系掘削手段をオフセット位置から初期投入位置へ移動させた上で、井筒内部から吊り上げて排土動作に移行することを特徴とする請求項８に記載の掘削・排土方法。

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