JP5046673B2

JP5046673B2 - 垂直掘削装置及び掘削工法

Info

Publication number: JP5046673B2
Application number: JP2007028157A
Authority: JP
Inventors: 肇一田中; 誠大塚; 修二磯谷
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: JP2008190286A

Description

本発明は、地盤中に垂直の孔を掘削するための垂直掘削装置、及び、その装置を用いた掘削工法に関するものである。

従来、地盤中に垂直に孔（立坑）を掘削する場合、例えば、孔の深さが浅いときはバックホーが使われ、孔の深さが深いときは回転系の掘削機械が使われている。また、特許文献１に記載されているように、円筒状のケーシングを建て込みながら、ケーシング内部の土砂をハンマクラブ等の掘削手段で掻き出すことにより、立坑を形成することも行われている（アースドリル工法）。

また、伸縮式の可動アームの先端に掘削手段を備えたパイプクライムと呼ばれる掘削装置も、特許文献２、３等において知られている。
特開２００６−２７４７４５号公報実開平６−３４０６０号公報（図１）特開平８−３２６０８８号公報（図１）

ところで、回転系の掘削機械は、掘削手段の旋回により孔を掘削するので、掘削孔の断面が円形になり、幅の狭い連続した溝を掘るような場合、掘削孔を連続させる過程で無駄掘り部分が多く発生し、効率的でないという問題がある。また、従来のパイプクライムと呼ばれる伸縮式の可動ブームの先端に掘削手段を設けたものは、大きな押圧力を加えながら地盤を掘削することができない上、伸縮式の可動ブームを使用する関係で構造が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記事情を考慮し、簡単な構造で、強力な掘削能力を発揮できると共に、地盤中に幅の狭い溝を掘る場合にも、無駄掘り部分を極力少なくして、効率よく孔掘削を行うことのできる垂直式掘削装置、及び、その装置を用いた掘削工法を提供することを目的とする。

請求項１の発明の垂直掘削装置は、地上に設置されるベースマシンと、該ベースマシンに鉛直に支持されたリーダーと、該リーダーに沿って昇降自在に支持されて地盤中に貫入される昇降ロッドと、該昇降ロッドの下端に開閉自在に装備されて該開閉動で地盤に断面矩形の掘削孔を連続させて形成するグラブバケットと、前記リーダーに沿って設けられたラックと該ラックと噛み合うピニオンを備えて前記昇降ロッドを自重以上の荷重をもって強制的に昇降させる昇降駆動装置と、前記グラブバケットを開閉させるグラブバケット開閉駆動装置と、前記グラブバケットが掘削した土砂を抱えて地上に引き上げられその状態で開放されたときに、該グラブバケットから落下する排土を掘削孔外へ誘導する排土装置と、を具備することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の垂直掘削装置であって、前記排土装置が、グラブバケットを地上に引き上げたときに、前記掘削孔の上方へ移動して、傾斜した姿勢で掘削孔を覆うことにより、グラブバケットから落下する土砂を傾斜に沿って掘削孔外に誘導する排土板と、不要時にグラブバケットの昇降の邪魔にならない位置に前記排土板を待機させると共に必要時に前記排土板を前記掘削孔の上方へ移動させる排土板駆動装置と、で構成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の垂直掘削装置であって、前記昇降ロッドの上下方向位置を検出することで掘削深度を計測する深度計が具備されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の垂直掘削装置であって、前記昇降ロッドに沿って、掘削性を向上させるための流体や地盤改良等の目的の流体を昇降ロッドの下端に向けて送給する流体送給流路を設けたことを特徴とする。

請求項５の発明の掘削工法は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直掘削装置を用いた掘削工法であって、前記リーダーに沿って設けられた前記ラックと該ラックと噛み合うピニオンを介して昇降ロッドを下降させることで、昇降ロッドの下端のグラブバケットを開放した状態で地盤に押し当て、その状態で、圧力を加えてグラブバケットを地盤に押し当てながらグラブバケットを閉じることにより地盤に断面矩形の掘削孔を掘削し、該掘削した土砂を抱えたグラブバケットを、前記昇降ロッドを前記ラックとピニオンを介して上昇させることにより地上まで引き上げて、地上にてグラブバケットを開放することにより、掘削孔外に前記排土装置を介して土砂を排出し、以上の工程を繰り返すことで、地盤に対し垂直に断面矩形の掘削孔を連続させて形成することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、リーダーに沿って設けられたラックと該ラックと噛み合うピニオンを介して昇降自在に支持された昇降ロッドの強制的な昇降動作により、グラブバケットを開放した状態で地盤に押し当てることができるので、大きな圧力を加えながら地盤をグラブバケットで掘削することができ、強力な掘削能力を発揮できる。また、リーダーに支持された昇降ロッドの下端にグラブバケットを装備するだけであるから、従来の杭打機の基本構成を応用することができ、可動ブーム式と違って構造の単純化を図ることができる。また、旋回しないグラブバケットの開閉動作で地盤を掘削するので、断面矩形の掘削孔を形成することができ、それを連続して設けることで、幅の狭い連続した溝を、回転系の掘削装置と違って、無駄掘りを極力少なくしながら施工することができ、作業効率の向上が図れる。さらに、地上で開放した際にグラブバケットから落下する排土を掘削孔外へ誘導する排土装置を設けているので、グラブバケットを定位置で昇降させながら、排土の処理を速やかに行うことができる。

請求項２の発明によれば、排土板の傾斜に沿って、グラブバケットから落下する排土を掘削孔外へ誘導するようにしたので、ベースマシンの前部などに排土板と排土板駆動装置とを装備するだけでよく、簡単な構成で排土の処理を速やかに行うことができる。

請求項３の発明によれば、掘削深度を計測しながら掘削を進めることができるため、効率よく作業を行うことができる。

請求項４の発明によれば、昇降ロッドに沿って必要な流体を送ることにより、掘削性を向上させたり、掘削と同時に地盤改良を行ったりすることができる。

請求項５の発明によれば、リーダーに沿って設けられたラックと該ラックと噛み合うピニオンを介して昇降自在に支持された昇降ロッドの強制的な昇降動作とグラブバケットの開閉動作の組み合わせで地盤に断面矩形の掘削孔を連続させて掘削するので、強力な掘削能力を発揮できると共に、幅の狭い連続した溝を、回転系の掘削装置と違って、無駄掘りを極力少なくしながら、効率よく施工することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は実施形態の垂直掘削装置の作業前の状態を示す側面図、図２は同垂直掘削装置の掘削作業途中の状態を示す側面図、図３は同垂直掘削装置の作業前の状態を示す正面図、図４は同垂直掘削装置の作業途中の状態を示す正面図、図５は同垂直掘削装置における排土装置の作動中の状態を示す側面図、図６は同垂直掘削装置の平面図、図７は同垂直掘削装置における昇降駆動装置の概略構成を示す分解斜視図、図８は同昇降駆動装置の下降動作時の作用説明のための側面図、図９は同昇降駆動装置の上昇動作時の作用説明のための側面図、図１０は実施形態の垂直掘削装置におけるグラブバケットとその開閉駆動装置の構成を示す正面図、図１１（ａ）は実施形態の垂直掘削装置により施工できる幅の狭い溝と掘削孔との関係を示す平面図、図１１（ｂ）は比較例として挙げる回転系の掘削装置により施工できる溝と掘削孔との関係を示す平面図である。

この垂直掘削装置は、図１〜図５に示すように、地上に設置されるベースマシン１と、このベースマシン１の旋回台の前部に鉛直に支持されたリーダー２と、リーダー２を支える左右のバックステー３と、リーダー２のガイドに沿って昇降自在に支持された昇降体５と、昇降体５を強制的に昇降動作させるラック４を使用した形式の昇降駆動装置５０と、昇降体５にチャッキング装置６を介して取り付けられることで昇降体５と共に昇降動作して地盤中に貫入される昇降ロッド７と、昇降ロッド７の落下防止用のチャッキング装置８と、昇降ロッド７の下端に開閉自在に装備されたグラブバケット１０と、グラブバケット１０を開閉させるグラブバケット開閉駆動装置２０と、グラブバケット１０が掘削した土砂を抱えて地上に引き上げられその状態で開放されたときに、グラブバケット１０から落下する排土１５０（図５参照）を掘削孔１００外へ誘導する排土装置３０と、を具備するものである。ここで、リーダー２は回転式のものであり、図６中の矢印で示すように、水平方向に９０度の範囲で回転できるようになっている。

昇降駆動装置５０は、昇降ロッド７を自重以上の荷重をもって強制的に昇降させるもので、図７〜図９に示すように、リーダー２に沿って設けられたラック４と、ラック４と噛み合うように昇降体５の本体フレーム５ａに回転自在に装備された２つのピニオン５ｂと、ピニオン５ｂを正逆回転させる図示しない回転駆動装置と、から構成されている。そして、２つのピニオン５ｂを図８の矢印方向に回転させることで昇降体５を下降させ、２つのピニオン５ｂを図９の矢印方向に回転させることで昇降体５を上昇させることができるようになっている。なお、昇降駆動装置５０として、チェーン式の公知のものを採用してもよい。

グラブバケット１０は、左右のシェル１１を開閉できるように、各シェル１１の上端を昇降ロッド７の下端にピン１２で回動自在に連結したものであり、グラブバケット開閉駆動装置２０は、昇降ロッド７の下端に装備された油圧シリンダ２１と、油圧シリンダ２１のロッドの先端と各シェル１１とをピン２３、２４を介して連結するリンク２２と、から構成されている。

また、前記ピニオン５ｂには、必要に応じて、回転計が掘削深度を計測するための深度計として備えられている。つまり、ピニオン５ｂの回転数を検出することによって、昇降ロッド７の昇降ストローク（上下方向位置）がわかるからである。また、昇降ロッド７には、グラブバケット開閉駆動装置２０の油圧シリンダ２１に油圧を供給する油圧配管が設けられると共に、必要に応じて、掘削性を向上させるための流体や地盤改良等の目的の流体を昇降ロッド７の下端に向けて送給する流体送給流路が設けられている。

また、排土装置３０は、グラブバケット１０を地上に引き上げたときに、掘削孔１００の上方へ移動して、傾斜した姿勢で掘削孔１００を覆うことにより、グラブバケット１０から落下する土砂を傾斜に沿って掘削孔１００外に誘導する排土板３１と、不要時にグラブバケット１０の昇降の邪魔にならない位置に排土板３１を待機させると共に必要時に排土板３１を掘削孔１００の上方へ移動させる排土板駆動装置３３と、で構成されている。この場合の排土板３１は、例えば、図５に示すように、ベースマシン１の前部にピン３２で上端が傾動自在に支持されており、排土板駆動装置３３として設けられた油圧シリンダにより、ピン３２を支点に回動させられることで、傾斜姿勢に保持されるようになっている。

次に、この垂直掘削装置を使用して孔の掘削を行う工法について説明する。

その場合は、まず、図１に示すように、穿孔位置の直上に、下端にグラブバケット１０を備えた昇降ロッド７が位置するように、ベースマシン１やリーダー２を位置決めする。次に、図２に示すように、昇降駆動装置５０により、リーダー２に沿って昇降ロッド７を下降させることで、昇降ロッド７の下端のグラブバケット１０を開放した状態で地盤に押し当て、その状態で、圧力を加えてグラブバケット１０を地盤に押し当てながら、グラブバケット１０を閉じることにより地盤を掘削する。

次いで、掘削した土砂を抱えたグラブバケット１０を、昇降ロッド７を上昇させることにより地上まで引き上げ、それから図５に示すように、排土装置３０の排土板３１を掘削孔１００の上方に移動させる。そして、その状態で、地上に引き上げたグラブバケット１０を開放することにより、収容していた土砂を落下させる。そうすると、排土板３１の傾斜に沿って、排土１５０を掘削孔１００外に誘導することができる。以上の工程を繰り返すことで、地盤に対し垂直に深い孔を掘削することができる。

このように孔掘削を行う本実施形態の垂直掘削装置は、リーダー２に支持された昇降ロッド７の下端にグラブバケット１０を装備するだけの構成であるから、従来の杭打機の基本構成をそのまま採用することができ、可動ブーム式と違って、構造の単純化を図ることができる。また、リーダー２に支持された昇降ロッド７の強制的な昇降動作により、グラブバケット１０を開放した状態で地盤に押し当てることができるので、大きな圧力を加えながら、地盤をグラブバケット１０で掘削することができ、深い孔を強力な掘削能力を発揮しながら施工することができる。例えば、５０トンの杭打機をベースに構成した場合は、垂直におおよそ２０トンの力を加えながら定位置に約１０００ｍｍ幅の矩形孔を掘削することができる。また、掘削手段としてグラブバケット１０を使用するので、掘削と底渫作業を同時に行うことができる。

また、旋回しないグラブバケット１０の開閉動作だけで地盤を掘削するので、図１１（ａ）に示すように、１回の掘削で断面矩形の掘削孔７１を形成することができ、それを連続して設けることで、幅Ｓ１の狭い連続した溝７０を、無駄掘りせずに施工することができる。因みに図１１（ｂ）に示すように、幅Ｓ２の溝８０を作るために回転系の掘削装置で孔８１を連続させた場合、無駄掘り８２箇所が多くできてしまい作業効率が悪いが、図１１（ａ）のように矩形孔７１を連続させた場合は無駄掘りが発生しないため作業効率がよくなる。

また、実施形態の垂直掘削装置では、グラブバケット１０からの排土１５０を、排土板３１により掘削孔１００外へ誘導するようにしているので、グラブバケット１０を定位置で上げ下げするだけで、簡単な構成により、排土１５０の処理を速やかに行うことができる。

また、ピニオン５ｂの回転数の検出により掘削深度を計測できるようにした場合は、掘削位置の管理が容易にできるようになるため、効率よく無駄のない作業を行うことができる。

また、昇降ロッド７に沿って必要な流体（高圧水や固化剤など）を送るようにした場合は、掘削性を向上させたり、掘削と同時に地盤改良を行ったりすることができる。

本発明の実施形態の垂直掘削装置の作業前の状態を示す側面図である。同垂直掘削装置の掘削作業途中の状態を示す側面図である。同垂直掘削装置の作業前の状態を示す正面図である。同垂直掘削装置の作業途中の状態を示す正面図である。同垂直掘削装置における排土装置の作動中の状態を示す側面図である。同垂直掘削装置の平面図である。同垂直掘削装置における昇降駆動装置の概略構成を示す分解斜視図である。同昇降駆動装置の下降動作時の作用説明のための側面図である。同昇降駆動装置の上昇動作時の作用説明のための側面図である。実施形態の垂直掘削装置におけるグラブバケットとその開閉駆動装置の構成を示す正面図である。（ａ）は実施形態の垂直掘削装置により施工できる幅の狭い溝と掘削孔との関係を示す平面図、（ｂ）は比較例として挙げる回転系の掘削装置により施工できる溝と掘削孔との関係を示す平面図である。

符号の説明

１ベースマシン
２リーダー
７昇降ロッド
１０グラブバケット
２０グラブバケット開閉駆動装置
３０排土装置
３１排土板
３３油圧シリンダ（排土板駆動装置）
５０昇降駆動装置
１００掘削孔
１５０排土

Claims

地上に設置されるベースマシンと、該ベースマシンに鉛直に支持されたリーダーと、該リーダーに沿って昇降自在に支持されて地盤中に貫入される昇降ロッドと、該昇降ロッドの下端に開閉自在に装備されて該開閉動で地盤に断面矩形の掘削孔を連続させて形成するグラブバケットと、前記リーダーに沿って設けられたラックと該ラックと噛み合うピニオンを備えて前記昇降ロッドを自重以上の荷重をもって強制的に昇降させる昇降駆動装置と、前記グラブバケットを開閉させるグラブバケット開閉駆動装置と、前記グラブバケットが掘削した土砂を抱えて地上に引き上げられその状態で開放されたときに、該グラブバケットから落下する排土を掘削孔外へ誘導する排土装置と、を具備することを特徴とする垂直掘削装置。
請求項１に記載の垂直掘削装置であって、
前記排土装置が、グラブバケットを地上に引き上げたときに、前記掘削孔の上方へ移動して、傾斜した姿勢で掘削孔を覆うことにより、グラブバケットから落下する土砂を傾斜に沿って掘削孔外に誘導する排土板と、不要時にグラブバケットの昇降の邪魔にならない位置に前記排土板を待機させると共に必要時に前記排土板を前記掘削孔の上方へ移動させる排土板駆動装置と、で構成されていることを特徴とする垂直掘削装置。
請求項１又は２に記載の垂直掘削装置であって、
前記昇降ロッドの上下方向位置を検出することで掘削深度を計測する深度計が具備されていることを特徴とする垂直掘削装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の垂直掘削装置であって、
前記昇降ロッドに沿って、掘削性を向上させるための流体や地盤改良等の目的の流体を昇降ロッドの下端に向けて送給する流体送給流路を設けたことを特徴とする垂直掘削装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直掘削装置を用いた掘削工法であって、
前記リーダーに沿って設けられた前記ラックと該ラックと噛み合うピニオンを介して昇降ロッドを下降させることで、昇降ロッドの下端のグラブバケットを開放した状態で地盤に押し当て、その状態で、圧力を加えてグラブバケットを地盤に押し当てながらグラブバケットを閉じることにより地盤に断面矩形の掘削孔を掘削し、該掘削した土砂を抱えたグラブバケットを、前記昇降ロッドを前記ラックとピニオンを介して上昇させることにより地上まで引き上げて、地上にてグラブバケットを開放することにより、掘削孔外に前記排土装置を介して土砂を排出し、以上の工程を繰り返すことで、地盤に対し垂直に断面矩形の掘削孔を連続させて形成することを特徴とする掘削工法。