JP5274523B2 - 掘削機および掘削方法 - Google Patents

Description

本発明は、ケーシング管内を掘削する掘削装置を備える掘削機に関する。この掘削装置は、ケーシング管に対して固定するための固定手段を有する支持枠と、支持枠に設置された掘削駆動部により伸縮ロッドを介して回転式に駆動される掘削ツールと、を備える。

本発明はさらに、ケーシング管内に掘削抗を形成するための掘削方法に関する。この方法では、掘削装置の掘削枠をケーシング管に対して固定し、支持枠に配置された掘削駆動部によって伸縮ロッドを介して掘削ツールを回転式に駆動して、ケーシング管内の土を排除する。

上記のようなタイプの掘削機と掘削方法は、下記特許文献１により公知である。軟弱な地下に掘削杭を建て込むには、まずケーシング管を公知の挿入装置によって圧入または回転圧入する。ケーシング管内の掘削残土を取り除くために、ケーシング管の上端に留め付けられた支持枠を備える掘削装置の上にクレーン手段を設置する。伸縮ケリーロッドを介して、掘削ツールとしての役割を果たす掘削バケットを、クレーン手段を使って降下させる。掘削装置の掘削ツールは、留め付けられた支持枠に設置された掘削駆動部により、ケリーロッドを介して回転式に駆動される。

掘削バケットの受入空間が掘削残土で満杯になったらすぐに、クレーン手段で掘削ツールを再び上昇させ、支持枠をケーシング管から外し、掘削装置全体をケーシング管に関して横方向に揺動させ、この体勢で掘削バケットを空にする。その後、掘削を続けるために、掘削装置を再びケーシング管に取り付け、そこに支持枠を留め付け、再度、掘削ツールを降下させる。

掘削坑が完成したところで、クレーン手段を使って掘削ツール全体を外し、ケーシング管内にできた空洞を、たとえば鋼鉄製の鉄筋かごやコンクリート塊を挿入することによって充填し、基礎杭を建て込む。

全体として、この公知の掘削方法は、掘削終了時に、クレーン手段を使って掘削装置を次のケーシング管に移動して、その後すぐに次の掘削坑の掘削を開始できるため、非常に効率がよい。掘削装置がクレーン手段にケーブルで吊り下げられることにより、特に困難な地形において迅速かつ効率的にクレーン手段により移動可能な、いわば「フライングドリル装置」が作製される。

不利な気象条件下、特に強風が吹いている場合、掘削装置をケーシング管の上に設置し、支持枠を留め付けるには、クレーン手段の中のオペレータの豊富な経験と高い技術が必要となる。クレーンケーブルに吊り下げられている掘削装置が揺れ動くことにより、作業工程に遅れが生じるかもしれない。

欧州特許第１１５４０７８Ｂ１号明細書

本発明は、悪天候時にもケーシング管内に掘削坑を効率的に形成することができる掘削機と掘削方法を提供するという目標に基づく。

本発明によれば、上記の目標は、特許請求範囲の請求項１の特徴を有する掘削機によって、また請求項８の特徴を有する掘削方法によって、それぞれ解決される。本発明の好ましい実施形態は、個々の従属請求項に記載されている。

本発明による掘削機は、ケーシング管の上端に調整可能な受容部が配置され、その上に支持枠を固定できることと、受容部が、掘削装置がケーシング管に対して同軸に位置付けられる掘削位置および受容部がケーシング管に関して横方向にずれるオフセット位置の間で調整可能に支持されることと、を特徴とする。

本発明の基本的アイディアは、掘削坑の形成中に、たとえば掘削ツールを空にするため、あるいは測定または保守作業を実行するときなどに、掘削装置をケーシング管から完全に取り外す必要がなくなるという事実にある。そのかわりに、掘削装置はケーシング管に接続されたまま、ケーシング管の上で所定の方法で調整される。本発明によれば、掘削装置はケーシング管に直接留め付けられるのではなく、ケーシング管の上に設置される受容部に取り付けられ、受容部はケーシング管上に調整可能に支持される。したがって、たとえば強風の中でも、掘削装置が取り付けられている受容部を、掘削位置と、たとえば掘削ツールを空にできるオフセット位置と、の間で迅速かつ確実に調整することが可能となる。好ましくは、オフセット位置は、ケーシング管の上側開口部に自由にアクセスでき、たとえば測定またはその他の作業を掘削坑の内部で行えるように配置される。

その結果、作業工程は全体的に容易となり、強風の中でも掘削ツールを迅速かつ確実に空にすることができる。したがって、本発明による掘削機は、たとえば海底に基礎杭を建て込むために沖合で使用することもできる。そのため、強力な海岸風や水上運搬手段の上に配置されたクレーン手段の揺動によっても、作業工程はほとんど影響を受けない。

基本的に、受容部の調整は、掘削装置が吊り下げられているクレーン手段の相応の運動によって行うことができる。この場合、受容部はケーシング管に関して受動的な方法で案内される。しかしながら、本発明によれば、駆動部を有する調整手段を設置し、それによって受容部を掘削位置とオフセット位置の間で調整することが特に好ましい。調整手段の駆動部は、ケーシング管の上または掘削装置の上、たとえば支持枠の上に配置されたプラットフォーム上に配置することができる。調整のための移動は、ガイドに沿って行われる。

基本的に、調整を行うために、ピボット連結部を設置し、回転運動を通じて受容部をケーシング管に関して旋回できるようにすることができる。本発明によれば、調整手段が移動経路に沿って案内されるキャリッジを有するという、特に簡単で信頼性の高い装置が実現される。この目的のために、移動経路には、直線状にスライド運動する１本または２本の案内レールを設けることができる。しかしながら、他のタイプの運動調整手段も使用できる。

基本的に、掘削装置では各種の掘削ツールが使用可能である。本発明によれば、土中に回転して貫入するオーガをはじめとする、不連続的に動作する掘削ツールは特に有利である。軟弱土壌や海底で行われる作業に関して、本発明によれば、掘削ツールを掘削バケットとして設計し、その底を蝶番式に開けて、掘削バケットを空にできるようにすることが有利である。

本発明による別の改良点は、掘削バケットがオフセット位置にあるときに、掘削バケットの底を蝶番式に開くように設計された操作メカニズムを設置するという点にある。公知の方法で、ヒンジ式の底はまず、切断手段を備える開口部を有しており、開口部を通じて土を撤去し、掘削バケットの円筒形の受入空間の中に搬送することができる。ある実施形態では、掘削バケット内にもう１つの搬送手段としてスクリューを配置することができる。受入空間が満杯になると、底部をひねることによって開口部を閉鎖し、掘削バケットを掘削残土の入った状態でケーシング管から受容部へと引き戻す。その後、掘削バケットを受容部ごとオフセット位置に移動させて、空にすることができる。たとえばクレーン手段を用いて掘削装置を少し持ち上げることなどによって作動させることができる操作メカニズムによって、底のロックを外すことができる。このようにして、ピボット連結部の周囲で底を蝶番式に開け、重力によって掘削残土が掘削バケットの受入空間から外に落下するようにできる。

本発明の別の好ましい実施形態は、受容部をオフセット位置から掘削位置へと調整する間に、蝶番式に開かれた掘削バケットの底を閉じることができるようにすることから得られる。楔形または斜面状の位置決め要素を使用することによって、たとえば、掘削位置へと戻すための調整移動中に、蝶番式に開かれた底をその閉鎖位置に押し戻し、底のロックが再び掛かるようにすることが可能となる。掘削ツールが受容部とともに掘削位置に戻ったら、伸縮ロッドによって掘削ツールをケーシング管の中へと下げ、掘削工程を続けることができる。

本発明によれば、ケーシング管の上端にプラットフォームを設け、その上に受容部と調整手段を配置することが好ましい。適当な固定手段を通じて、プラットフォームと受容部は着脱式にケーシング管に連結される。掘削作業が完了したところで、プラットフォームをケーシング管から取り外し、すでに地中に圧入されている新しいケーシング管に取り付けることができる。この目的のために、プラットフォームにケーブル懸下のための適当な連結手段を設けることができる。

掘削方法に関して、本発明は、掘削装置の支持枠がケーシング管の上端に配置された受容部に固定されることと、受容部により、掘削装置を、掘削装置が受容部においてケーシング管に関して同軸に位置付けられる掘削位置と、受容部がケーシング管に関して横方向にずれるオフセット位置との間で調整することを特徴とする。

前述のように、本発明による受容部により、作業工程が高速化、簡素化される。

本発明によれば、好ましい手順は、オフセット位置において、掘削装置の掘削ツールから掘削残土を排除することである。このようにして、不連続的な作業方法を実行でき、これは軟弱土壌の場合に特に有益である。

本発明によれば、掘削位置とオフセット位置の両方において、掘削装置はクレーン手段に伸縮ロッドを通じて保持される。特に、クレーン手段は建設現場で一般的に使用されるブームまたはクレーンであってもよく、そこに掘削装置がクレーンケーブルで吊り下げられる。

伸縮ロッドは、特にいわゆるケリーロッドであってよく、これは掘削ツールの調整のためにクレーンケーブルによって直接操作される。本発明による掘削方法は、たとえば波の動きによる強い揺動を受ける船舶またはその他の水上運搬手段の上のクレーン手段を用いて実行する場合に特に適している。

さらに、本発明によれば、ケーシング管を地中に挿入、特に圧入するための対策が講じられる。このためには、公知の推進機を使用することができる。さらに、本発明によれば、ケーシング管内に形成された掘削坑をその後、コンクリート塊で埋め、掘削杭を建て込む。

上記の掘削方法を実行するために、特に特許文献１等から知られている掘削装置を利用することができる。

本発明によれば、悪天候時にもケーシング管内に掘削坑を効率的に形成することができる。

掘削坑建造中の異なる段階における本発明による機器と方法を示す概略図である。 掘削装置を掘削位置からオフセット位置に調整中の概略側面図である。 オフセット位置にある掘削装置の概略側面図である。 本発明による掘削装置の概略部分断面図である。

以下、本発明を、添付の図面に概略が示される好ましい実施形態を使って説明する。図１ａには、本発明による掘削方法実行時の当初の段階が示されている。まず、一部のみ示されているケーシング管５は公知の方法で、挿入器を使い、図の実施例においては水体３の下に描かれている比較的軟弱な地盤２の中に挿入される。ケーシング管５は、水体３の表面より上に突出し、ケーシング管５の上側部分に受容部２０を回転可能に固定することができる。図の実施形態では、さらにプラットフォーム３０がケーシング管５の上側部分に着脱式に固定される。

本発明による掘削機１０の一部として、掘削装置１００が、クレーン手段６０のクレーンケーブル６２によって保持される伸縮ロッド１３０により、受容部２０の方向へと降下される。この例において、クレーン手段６０は、平底船７の上に配置されたブームを備える装軌車両である。

図１ｂに示されるように、掘削装置１００は略管状の受容部２０の中に降下され、前記受容部２０の上面に固定される。図１ｂに描かれた位置において、受容部２０とその中に受けられた掘削装置１００および伸縮ロッド１３０は、ケーシング管５の中心軸に対して同軸上に配置される。この掘削位置において、伸縮ロッド１３０が伸張すると、掘削装置１００の掘削ツール１４０はケーシング管５の中に移動し、その中の土を掘り出すことが可能となる。

図１ｃにおいて、３段式の延長可能な伸縮ロッド１３０を伸張できる最終深度が示されている。

基本的に、ケーシング管５は、掘削坑の下端まで、すなわち掘削坑の底まで延ばすことができる。この場合は、全体がケースで囲まれた掘削坑が作られる。あるいは、ケーシング管５は、比較的軟弱な土壌が存在する掘削坑の上部にのみ設置してもよい。より安定した土層が下にある場合、ケーシングをさらに設置する必要はなく、ケーシング管５より下にも掘削坑を掘り下げることができる。

図２からわかるように、本発明の掘削機１０では、掘削ツール１４０は、不連続的な掘削方法を実行するための機能を果たす、円筒形の受入バケット１４６を有する掘削バケットとして設計される。

掘削駆動部１１６によって伸縮ロッド１３０を介して回転式に駆動される掘削ツール１４０の相応の回転運動により、ケーシング管５の内部の土が撤去され、底部の開口部から受入バケット１４６の中に搬送される。これが満杯になると、少し逆回転させることによって掘削ツール１４０の底の開口部を閉じた状態で、伸縮ロッドとクレーンケーブル６２によって掘削ツール１４０がケーシング管５から受容部２０へと戻される。その後、受容部２０は掘削装置１００とともに、調整手段４０によってオフセット位置に移動される。このために、調整手段４０は、プラットフォーム３０に沿ってケーシング管５に対して横方向に配置されたレールを備える移動経路４４を有する。スリーブ型の受容部２０の下面にキャリッジ４０が配置され、キャリッジは図示されていない駆動部によって移動経路４４に沿って移動することができる。

図２に示されるように、プラットフォーム３０は、水体３より高い位置に略水平に配置され、支持構造３２と保持用カラー３４を通じてケーシング管５の上端に着脱式に固定される。

図３に示されるオフセット位置に到達すると、蝶番連結部１４４によって受入バケット１４６の下面に蝶番式に連結される底１４２を、操作メカニズム５０によって開くことができる。底１４２は、図のような垂直位置まで蝶番式に開けられ、受入バケット１４６の中の掘削残土が落下する。その後、受容部２０は掘削装置１００とともにケーシング管５に向かって掘削位置へと戻される。その間に、底１４２は受入バケット１４６の水平閉鎖位置に押し戻され、その位置で底１４２は図示されないロックによって外れ止めが掛けられる。その後、受入バケット１４６が再び満杯になり、それを空にするためにオフセット位置に移動しなければならなくなるまで、新たに掘削作業を行うことができる。

受容部２０に掘削装置１００を固定する好ましい方法を図４に概略的に示す。掘削装置１００は、下端に横部材１１７を有する支持枠１１０を備える。横部材１１７の下面に、設置用ブラケット１１１が取り付けられ、これによって掘削装置１００をスリーブ型の受容部２０の上側縁部に設置することができる。設置用ブラケット１１１とずれた位置に１つまたは複数の固定手段１１４が位置付けられ、これは油圧的に動作するコレットを有する。これらのコレットにより、支持枠１１０を受容部２０に回転可能に固定することができる。

さらに、支持枠１１０には、伸縮ロッド１３０を介して掘削ツール１４０を回転式に駆動する掘削駆動部１１６が配置されている。

図の実施形態において、支持枠１１０は２つの部分、すなわち下側支持枠部１１５とその上に配置される上側支持枠部１１３からなる設計である。上側支持枠部１１３は、油圧シリンダピストン１１２ａを備える油圧シリンダ１１２によって下側支持枠部１１５に対して軸方向に調整可能であり、掘削駆動部１１６は固定するように配置される。

固定手段１１４を外すことにより、掘削装置１００を受容部２０から引き上げ、その後、別の掘削坑を形成するために、別のケーシング管の受容部に設置することができる。

２ 地盤、３ 水体、５ ケーシング管、７ 平底船、１０ 掘削機、２０ 受容部、３０ プラットフォーム、３２ 支持構造、３４ 保持用カラー、４０ 調整手段（キャリッジ）、４４ 移動経路、５０ 操作メカニズム、６０ クレーン手段、６２ クレーンケーブル、１００ 掘削装置、１１０ 支持枠、１１１ 設置用ブラケット、１１２ 油圧シリンダ、１１２ａ 油圧シリンダピストン、１１３ 上側支持枠部、１１４ 固定手段、１１５ 下側支持枠部、１１６ 掘削駆動部、１１７ 横部材、１３０ 伸縮ロッド、１４０ 掘削ツール、１４２ 底、１４４ 蝶番連結部、１４６ 受入バケット。

Claims (9)

1. ケーシング管内を掘削するための掘削装置を備える掘削機であって、
   前記掘削装置は、
   固定手段を有する支持枠と、
   前記支持枠上に配置された掘削駆動部によって伸縮ロッドを通じて回転式に駆動される掘削ツールと、
   を備え、
   前記ケーシング管の上端に調整可能な受容部が配置され、当該受容部上に前記掘削装置の前記支持枠が固定され、
   前記受容部は、前記掘削装置が前記受容部において前記ケーシング管に対して同軸に位置付けられる掘削位置と、前記受容部が前記ケーシング管に対してずれるオフセット位置と、の間で調整可能に支持され、
   駆動部を有する調整手段が設置され、当該調整手段によって前記受容部が、前記掘削位置と前記オフセット位置との間で調整され
   前記ケーシング管の前記上端にプラットフォームが設置され、当該プラットフォームの上に前記受容部と前記調整手段が配置される、
   ことを特徴とする掘削機。
2. 請求項１に記載の掘削機であって、
   前記調整手段は、移動経路に沿って案内されるキャリッジを有することを特徴とする掘削機。
3. 請求項１に記載の掘削機であって、
   前記掘削ツールは、掘削バケットとして設計され、前記掘削バケットは、前記掘削バケットを空にするために、蝶番式に開けることのできる底を有することを特徴とする掘削機。
4. 請求項３に記載の掘削機であって、
   前記掘削バケットが前記オフセット位置にあるときに、前記掘削バケットの前記底を蝶番式に開けるように設計された操作メカニズムが設置されることを特徴とする掘削機。
5. 請求項３に記載の掘削機であって、
   前記受容部を前記オフセット位置から前記掘削位置に調整する間に、前記掘削バケットの蝶番式に開放された底が閉じられることを特徴とする掘削機。
6. 請求項１に記載の掘削機によってケーシング管内に掘削坑を形成する方法であって、
   掘削装置の支持枠が前記受容部に対して固定され、前記支持枠の上に配置された掘削駆動部により伸縮ロッドを介して掘削ツールが回転式に駆動されることによって前記ケーシング管内の土が撤去され、
   前記掘削装置の前記支持枠が、前記ケーシング管の上端に配置された受容部に固定され、
   前記受容部により、前記掘削装置が、前記掘削装置が前記受容部において前記ケーシング管に対して同軸に位置付けられる駆動位置と、前記受容部が前記ケーシング管に関して横方向にずれるオフセット位置と、の間で調整される、
   ことを特徴とする掘削方法。
7. 請求項６に記載の掘削方法であって、
   前記オフセット位置において、前記掘削装置の掘削ツールから、掘削残土が排出されることを特徴とする掘削方法。
8. 請求項６に記載の掘削方法であって、
   前記掘削位置と前記オフセット位置において、前記掘削装置は伸縮ロッドを通じてクレーン手段に保持されることを特徴とする掘削方法。
9. 請求項６に記載の掘削方法であって、
   前記ケーシング管は地中に挿入され、
   その後、前記ケーシング管内に形成された掘削坑内にコンクリート塊が充填され、掘削杭が建て込まれることを特徴とする掘削方法。
   

Images