JP5489933B2 - 土砂搬出装置及び土砂搬出工法 - Google Patents

Description

本発明は、立坑の底部で掘削された土砂を搬出する土砂搬出装置及び土砂搬出工法に関する。

一般に、ニューマチックケーソン工法では、ケーソン下部の掘削作業室を圧気状態として地下水の流入を防止しておき、立坑となるマテリアルシャフト内で搬出用パケットを昇降させることで、掘削作業室で掘削した土砂を搬出する。そして、この土砂の搬出では、掘削作業室で掘削した土砂を搬出用バケットに積み込んだ後に、搬出用バケットを巻上げて地上に設置されたホッパに土砂を排出し、再度搬出用バケットを巻下げて掘削作業室に戻している。ところが、土砂が積み込まれた搬出用バケットを巻上げてから搬出用バケットが掘削作業室に戻ってくるまでのサイクルタイムが長いため、搬出用バケットに土砂を積み込む時間が短くなり、土砂の搬出効率が悪いという問題がある。

そこで、特許文献１及び特許文献２には、搬出用バケットを２台用意し、クレーンから吊り下げられたワイヤと立坑底部に設置されたホイストから吊り下げられたワイヤとの間で、２台の搬出用バケットを付け替え、搬出用バケットへの土砂の積み込みと搬出用バケットの搬出とを同時に行うことが記載されている。

特開平１１−２９４０６３号公報 特開平０９−０７８５９４号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、２台の搬出用バケットを付け替える構造が複雑かつ大仕掛であるため、故障し易くメンテナンスの頻度が高くなる可能性が高い。特にニューマチックケーソン工法では、掘削作業室が高圧になることから無人化の要望が強いが、上述したメンテナンスのために作業者が掘削作業室に頻繁に入り込む必要があるため、特許文献１に記載の技術は実用的でない。

そこで、本発明は、メンテナンス性が良く効率的に土砂を搬出できる土砂搬出装置及び土砂搬出工法を提供することを目的とする。

本発明に係る土砂搬出装置は、立坑の底部で掘削された土砂を搬出する土砂搬出装置であって、昇降可能に保持されて立坑から土砂を搬出する搬出用バケットと、底部で掘削された土砂が仮積みさせる仮積用容器と、仮積用容器を昇降、横行及び転倒させて、仮積用容器に仮積みされた土砂を搬出用バケットに積み替える仮積用容器移動手段と、仮積用容器の移動を案内するガイドと、を有し、仮積用容器移動手段は、ガイドに沿って仮積用容器を昇降、横行及び転倒させることを特徴とする。

本発明に係る土砂搬出装置によれば、搬出用バケットが仮積用容器から積み替えられた土砂を搬出している間に、仮積用容器に立坑底部で掘削された土砂を仮積みすることができる。そして、仮積用容器を昇降、横行及び転倒させることで仮積用容器に仮積みされた土砂が搬出用バケットに積み替えられるため、土砂を仮積みするために仮積用容器を昇降させる仮積用容器の昇降位置を、搬出用バケットの昇降位置から水平方向にずれた位置に配置することができる。これにより、仮積用容器と搬出用バケットとを互いに干渉することなく独立して動作させることができるため、搬出用バケットを脱着させるなど、土砂搬出装置を複雑な構成とする必要がなくなる。このため、メンテナンス性を良くしつつ土砂の搬出効率を向上させることができる。しかも、仮積用容器は、搬出用バケットと異なり立坑から土砂を搬出する必要がないことから、仮積用容器を立坑の寸法に制限されることなく様々な形状とすることができる。このため、例えば、仮積用容器を大容量化することで、底部で掘削された土砂の仮積み効率を格段に向上させることができ、また、例えば、仮積用容器に注ぎ口を形成することで、仮積用容器から搬出用バケットへの土砂の積み替え効率を格段に向上させることができる。
そして、仮積用容器をガイドに沿って移動させることで、仮積用容器を所定の経路で移動させることができる。

この場合、仮積用容器は、搬出用バケットよりも大容量であることが好ましい。このように、仮積用容器を搬出用バケットよりも大容量とすることで、底部で掘削された土砂の仮積み効率を格段に向上させることができる。

更に、仮積用容器は、嘴状の注ぎ口が形成されていることが好ましい。このように、仮積用容器に嘴状の注ぎ口を形成することで、仮積用容器から搬出用バケットへの土砂の積み替え効率を格段に向上させることができる。

また、仮積用容器には、側方に突出したガイドピンが設けられ、ガイドは、ガイドピンが挿入されるガイドレールであって、ガイドピンを鉛直方向に案内する鉛直レール部と、鉛直レール部の一方側に連結されてガイドレールを水平方向に案内する水平レール部と、を備えることが好ましい。このように、ガイドピンを鉛直レール部及び水平レール部に挿入して仮積用容器を案内することで、仮積用容器の昇降及び横行を確実に所定の経路で行わせることができる。

また、ガイドピンは、仮積用容器の上部に固定された上部ピンと、仮積用容器の下部に固定された下部ピンと、を備えており、鉛直レール部は、下部ピンが水平レール部の高さに位置した際に、上部ピンを水平レール部側に開放するとともに、水平レール部は、下部ピンのみを水平方向に案内し、仮積用容器移動手段は、下部ピンが水平レール部に挿入された状態で仮積用容器を横行させ、下部ピンが水平レール部の先端に位置した際に、仮積用容器を水平レール部の延在方向に移動させるとともに仮積用容器を下降させることで、仮積用容器を転倒させることが好ましい。このように構成することで、仮積用容器の横行時は、上部ピンがガイドレールから開放されているため、下部ピンが水平レール部の先端に位置した際に、仮積用容器を更に横行させるとともに仮積用容器を下降させることで、仮積用容器を水平レール部の延在方向側に転倒させることが可能となる。このように、下部ピンをガイドレールに挿入しつつ、上部ピンをガイドレールから開放した状態で仮積用容器を横行及び転倒させることで、仮積用容器に移動などによる振動が発生したとしても、仮積用容器の移動を円滑に行わせることができる。

また、鉛直レール部は、下部ピンが水平レール部の高さに位置した際に、上部ピンにおける水平レール部の反対側を鉛直方向に案内することが好ましい。仮積用容器の横行時は上部ガイドピンがガイドレールから開放されているが、このように構成することで、搬出用バケットに土砂を積み替えた後、仮積用容器を横行させて仮積用容器の昇降位置まで戻すと、上部ピンが鉛直レール部に受け止められる。このため、仮積用容器を下降させることで、上部ピンを鉛直レール部に適切に挿入させることができる。

また、水平レール部の延在方向先端が下方に向けて屈曲されていることが好ましい。このように、水平レール部の延在方向先端を下方に向けて屈曲させることで、仮積用容器を下降させて転倒させる際に、ガイドピンが水平レール部を鉛直レール部側に滑るのを防止することができる。

本発明に係る土砂搬出工法は、立坑の底部で掘削された土砂を搬出する土砂搬出工法であって、土砂が積み込まれた搬出用バケットを上昇させて土砂を搬出している間に、仮積用容器の移動を案内するガイドに沿って仮積用容器を横行及び下降させて底部で掘削された土砂を仮積用容器に仮積みするとともに、土砂が仮積みされた仮積用容器をガイドに沿って上昇及び横行させ、搬出用バケットが戻ってくると、ガイドに沿って仮積用容器を転倒させて仮積用容器に仮積みされた土砂を搬出用バケットに積み替えることを特徴とする。

本発明に係る土砂搬出工法によれば、仮積用容器を昇降、横行及び転倒させることで仮積用容器に仮積みされた土砂が搬出用バケットに積み替えられるため、土砂を仮積みするために仮積用容器を昇降させる仮積用容器の昇降位置を、搬出用バケットの昇降位置から水平方向にずれた位置に配置することができる。これにより、仮積用容器と搬出用バケットとを、互いに干渉することなく独立して動作させることができることから、搬出用バケットを脱着させるなど、土砂を搬出するための構造を複雑にする必要がなくなる。このため、メンテナンス性を良くしつつ土砂の搬出効率を向上させることができる。しかも、仮積用容器は、搬出用バケットと異なり立坑から土砂を搬出する必要がないことから、仮積用容器を立坑の寸法に制限されることなく様々な形状とすることができる。このため、例えば、仮積用容器を大容量化することで、底部で掘削された土砂の仮積み効率を格段に向上させることができ、また、例えば、仮積用容器に注ぎ口を形成することで、仮積用容器から搬出用バケットへの土砂の積み替え効率を格段に向上させることができる。

この場合、仮積用容器を宙吊り状態に保持して仮積用容器に土砂を仮積みし、搬出用バケットを宙吊り状態に保持して仮積用容器から搬出用バケットに土砂を積み替えることが好ましい。立坑底部の掘削床に仮積用容器及び搬出用バケットを載置すると、掘削床の不陸により仮積用容器及び搬出用バケットが傾くが、仮積用容器及び搬出用バケットを宙吊り状態とすることで、仮積用容器及び搬出用バケットの姿勢が安定するため、土砂の仮積み効率及び土砂の積み替え効率を更に向上させることができる。

なお、上述した立坑は、ニューマチックケーソン工法におけるマテリアルシャフトであることとしてもよい。これにより、ニューマチックケーソン工法において掘削作業室で掘削された土砂の搬出効率を格段に向上させることができる。

本発明によれば、メンテナンス性を良くしつつ土砂の搬出効率を向上させることができる。

実施形態に係る土砂搬出装置の構成を示す図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。 鉛直レール部に挿入された下部ピンが水平レール部の高さに位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。 下部ピンが水平レール部の先端に位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。 図４に示すＶ−Ｖ線断面図である。 下部ピンが屈曲部の下端に位置したときの土砂搬出装置の状態を示した図である。 仮積用バケットを掘削作業空間に戻す際に、下部ピンが水平レール部の先端に位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。 仮積用バケットを掘削作業空間に戻す際に、鉛直レール部に挿入された下部ピンが水平レール部の高さに位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。 仮積用バケットを掘削作業空間に戻したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。 土砂を仮積みした仮積用バケットを上昇させ、鉛直レール部に挿入された下部ピンが水平レール部の高さに位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る土砂搬出装置及び土砂搬出工法の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、本発明を、ケーソン躯体を潜函させて立坑を施工するニューマチックケーソン工法に用いられる土砂搬出装置に適用したものである。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、実施形態に係る土砂搬出装置の構成を示す図であり、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る土砂搬出装置１は、ケーソン２の底部に形成される掘削作業室Ａの天井面に設置された自動ショベル（不図示）により掘削された土砂をマテリアルシャフト３からケーソン２外部に搬出（排土）するものである。

土砂搬出装置１は、地上に立設された揚重機であるスケータークレーン（不図示）から吊り下げられてマテリアルシャフト３内を昇降する搬出用バケット４と、マテリアルシャフト３の下端部に設置されたホイスト５に吊り下げられて、搬出用バケットの昇降位置から水平方向にずれた位置で掘削作業室Ａ及びマテリアルシャフト３の下端部に形成される下部空間Ｂ内を昇降する仮積用バケット６と、を有している。

マテリアルシャフト３は、掘削作業室Ａと連通されており、その上端に設置されたマテリアルロック（不図示）の圧力制御により圧気状態に保持されている。このマテリアルシャフト３は、下部空間Ｂを形成する下端部が、搬出用バケット４と仮積用バケット６とが水平方向にずれた位置で並列して昇降できるように楕円筒状に形成されており、その上部が、搬出用バケット４のみが昇降できるように円筒状に形成されている。

マテリアルシャフト３の内周面には、搬出用バケット４の揺れ止めを行う揺れ止め部材７が取り付けられている。なお、マテリアルシャフト３の下端部では、上述したように搬出用バケット４と仮積用バケット６とが並列して昇降するため、搬出用バケット４の片側にのみ揺れ止め部材７が取り付けられている。

そして、下部空間Ｂに、仮積用バケット６から土砂が積み替えられる搬出用バケット４の待機場所が設けられている。この搬出用バケット４の待機場所は、搬出用バケット４が掘削床に着地した位置又は搬出用バケット４が宙吊り状態の位置となる。なお、図１では、搬出用バケット４が宙吊り状態の位置を、搬出用バケット４の待機場所として図示している。そして、マテリアルシャフト３の下端部には、待機場所で土砂が積み替えられる搬出用バケット４を固定する搬出用バケット固定装置（不図示）が設置されている。搬出用バケット固定装置は、例えば、搬出用バケット４を挟み込むジャッキなどが用いられる。また、マテリアルシャフト３の下端部には、待機場所に対する仮積用バケット６の昇降位置側に、仮積用バケット６から搬出用バケット４に積み替えられる土砂がこぼれるのを防止するためのストレーナー８が設置されている。

搬出用バケット４は、上部に開口を有する円筒状容器であり、土砂を上方から積み込むことが可能となっている。搬出用バケット４は、マテリアルシャフト３内を昇降するため、その外径がマテリアルシャフト３及び揺れ止め部材７の内径以下に制限される。例えば、マテリアルシャフト３の内径が２．２ｍであり、揺れ止め部材７の内径が１．６ｍである場合、搬出用バケット４の外径は１．６ｍ以下となる。そして、搬出用バケット４として一般に流通している形状のバケットを採用すると、搬出用バケット４の容積は２．５ｍ^３以下となる。

仮積用バケット６を吊り下げるホイスト５は、ワイヤ１０の巻上げ及び巻下げにより仮積用バケット６を昇降させるものであり、マテリアルシャフト３の下端部に架設された走行レール９に横行可能に載置されている。

走行レール９は、対向する一対のレールで構成されており、上面視において仮積用バケット６の昇降位置と搬出用バケット４の昇降位置とを架け渡すように下部空間Ｂにおいて水平に延在している。このため、ホイスト５は、走行レール９上を走行することで、仮積用バケット６を昇降及び横行させることが可能となっていると共に、仮積用バケット６を仮積用バケット６の昇降位置から搬出用バケット４の昇降位置側に横行させることが可能となっている。また、走行レール９は、搬出用バケット４の昇降を阻害しないように、一対のレールが搬出用バケット４の昇降経路を挟んだ搬出用バケット４の昇降経路の外側に配置されている。

そして、このホイスト５は、走行レール９の延在方向に垂直な方向に離間した２本のワイヤ１０を垂らしており、各ワイヤ１０の先端には、直線状に形成された金属製の吊具１１が連結されている。

仮積用バケット６は、上部に開口を有する容器であり、土砂を上方から積み込むことが可能となっている。仮積用バケット６は、マテリアルシャフト３の下部空間Ｂ及び掘削作業室Ａ内を昇降するため、その外径がマテリアルシャフト３の内径に制限されることなく、任意の形状に形成される。このため、仮積用バケット６を、搬出用バケット４よりも大容量とすることができる。例えば、搬出用バケット４の容積が２．５ｍ^３である場合、仮積用バケット６の容積は２．５ｍ^３以上とすることができる。同様に、仮積用バケット６を、掘削作業室Ａで掘削した土砂を積み込み易い形状にすると共に、仮積みされた土砂を搬出用バケット４に積み替え易い形状にすることができる。そこで、本実施形態では、仮積用バケット６の容積を２．８ｍ^３とし、仮積用バケット６の形状を略直方体として、その前面に嘴状の注ぎ口６ａを形成する。ここで、前面とは、搬出用バケット４側の面であり、略直方体の仮積用バケット６を形成する４つの側面のうち、搬出用バケット４側に配置される側面をいう。

仮積用バケット６の上端部には、各吊具１１が揺動可能に連結される一対の連結部６ｂが設けられる。この各連結部６ｂは、注ぎ口６ａが形成される側面に隣接する一対の側面の上端部に設けられる。このため、仮積用バケット６は、上端部に配置される一対の連結部６ｂでホイスト５に吊り下げられると共に、一対の連結部６ｂを軸として、走行レール９を通る鉛直面に平行な面において揺動可能となっている。

また、各連結部６ｂが設けられる仮積用バケット６の各側面には、走行レール９を通る延直面に垂直な方向に突出するガイドピン１２が固定されている。この各ガイドピン１２は、仮積用バケット６の上部に配置される上部ピン１２ａと、仮積用バケット６の下部に配置される下部ピン１２ｂと、を備えている。

そして、マテリアルシャフト３の下端部には、下部空間Ｂにおいて仮積用バケット６の移動を案内するガイドレール１３が取り付けられている。

ガイドレール１３は、チャネルなどの仮積用バケット６に固定されたガイドピン１２が挿入されるレール状部材で構成されており、マテリアルシャフト３の内側面に固定されている。このガイドレール１３は、鉛直方向に延在する鉛直レール部１４と、水平方向に延在する水平レール部１５と、屈曲レール部１６と、を備えている。

鉛直レール部１４は、仮積用バケット６の昇降位置においてガイドピン１２を鉛直方向に案内するものである。この鉛直レール部１４は、走行レールの延在方向に離間して鉛直方向に延在する一対の壁部１４ａ，１４ｂを備えている。ここで、壁部１４ａは、搬出用バケット４側に配置される鉛直レール部１４となり、壁部１４ｂは、搬出用バケット４の反対側に配置される鉛直レール部１４となる。

水平レール部１５は、待機場所に配置される搬出用バケット４よりも上方に配置されてガイドピン１２を水平方向に案内するものである。この水平レール部１５は、鉛直レール部１４の壁部１４ａに連結されて搬出用バケット４側に延びており、鉛直方向に離間して走行レールの延在方向に延在する一対の壁部１５ａ，１５ｂを備えている。ここで、壁部１５ａは、上側に配置される水平レール部１５となり、壁部１５ｂは、下側に配置される水平レール部１５となる。

屈曲レール部１６は、水平レール部１５における搬出用バケット４側の先端が下方に向けて屈曲されて形成されており、下部ピン１２ｂを下方に案内するものである。

そして、鉛直レール部１４と水平レール部１５とが連通されており、鉛直レール部１４と水平レール部１５との間でガイドピン１２が行き来できるようになっている。具体的に説明すると、鉛直レール部１４の壁部１４ａが水平レール部１５との連結位置において分離されており、分離された上側の壁部１４ａが水平レール部１５の壁部１５ａと連結され、分離された下側の壁部１４ａが水平レール部１５の壁部１５ｂと連結されている。

ここで、図３〜図６を参照して、ガイドレール１３の形状について更に詳細に説明する。図３は、鉛直レール部に挿入された下部ピンが水平レール部の高さに位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。図４は、下部ピンが水平レール部の先端に位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。図５は、図４に示すＶ−Ｖ線断面図である。図６は、下部ピンが屈曲部の下端に位置したときの土砂搬出装置の状態を示した図である。

鉛直レール部１４の上端及び下端は、閉鎖されることなく開放されている。そして、鉛直レール部１４の下端部は、壁部１４ａ，１４ｂが下方に向けて広がっており、下方から上昇してくるガイドピン１２を鉛直レール部１４に挿入し易い形状となっている。

図３に示すように、壁部１４ａの上端は、水平レール部１５との連結位置よりも高く、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の高さに位置した際に、上部ピン１２ａの高さよりも低い位置となっている。このため、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の高さに位置した際に、上部ピン１２ａを水平レール部１５側に開放することが可能となっており、下部ピン１２ｂのみを水平レール部１５に挿入した状態で仮積用バケット６を横行させることが可能となっている。

壁部１４ｂの上端は、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の高さに位置した際に、上部ピン１２ａの高さよりも高い位置となっている。このため、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の高さに位置した際に、上部ピン１２ａを水平レール部１５の反対側で受け止めて鉛直方向に案内することが可能となっている。

鉛直レール部１４の上端部は、壁部１４ａが水平レール部１５側に向けて屈曲されることで上方に向けて広がっており、水平レール部１５側に開放されている上部ピン１２ａを鉛直レール部１４に挿入し易い形状となっている。

図４及び図５に示すように、水平レール部１５は、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の先端に位置した際に、仮積用バケット６が搬出用バケット４の昇降位置に近接する位置となる長さ、又は、仮積用バケット６が搬出用バケット４の昇降位置に僅かに入り込む位置となる長さとなっている。このため、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の先端に位置した際に、仮積用バケット６を転倒させることで、仮積用バケット６に仮積みされた土砂を搬出用バケット４に適切に積み込むことが可能となっている。

屈曲レール部１６の先端である下端は、袋小路状に閉鎖されており、待機場所に配置される搬出用バケット４よりも上方に配置される。このため、下部ピン１２ｂを屈曲レール部１６に入り込ませた状態でホイスト５によるワイヤ１０の巻下げを行うことで、屈曲レール部１６の下端に入り込んだ下部ピン１２ｂを軸として仮積用バケット６を転倒させて、仮積みされた土砂を搬出用バケット４に積み替えることが可能となっている。

次に、図１〜図１０を参照して、土砂搬出装置１を用いた土砂の搬出動作について説明する。図７は、仮積用バケットを掘削作業空間に戻す際に、下部ピンが水平レール部の先端に位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。図８は、仮積用バケットを掘削作業空間に戻す際に、鉛直レール部に挿入された下部ピンが水平レール部の高さに位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。図９は、仮積用バケットを掘削作業空間に戻したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。図１０は、土砂を仮積みした仮積用バケットを上昇させ、鉛直レール部に挿入された下部ピンが水平レール部の高さに位置したときの土砂搬出装置の状態を示す図である。

まず、図１に示すように、スケータークレーン（不図示）により搬出用バケット４を巻下げて待機場所に配置し、揺動抑制装置（不図示）で搬出用バケット４を固定しておく。また、ホイスト５によりワイヤ１０を巻下げて仮積用バケット６を仮積用バケット６の昇降位置において下降させ、仮積用バケット６を掘削作業室Ａで土砂を積み込むための積込位置Ｃに配置する。この積込位置Ｃは、掘削作業室Ａにおいて仮積用バケット６が掘削床に着地した位置又は仮積用バケット６が宙吊り状態の位置となる。なお、図１では、上述したように、仮積用バケット６が宙吊り状態の位置を、仮積用バケット６の積込位置Ｃとして図示している。

次に、この状態で、掘削作業室Ａの天井面に設置された自動ショベル（不図示）を地上から遠隔操作して、掘削床を掘削した土砂を仮積用バケット６に仮積みする。

仮積用バケット６への土砂の仮積みが終了すると、ホイスト５によりワイヤ１０を巻上げて仮積用バケット６を上昇させる。なお、仮積用バケット６への土砂の仮積みが終了したか否かは、例えば、自動ショベルで土砂を仮積用バケット６に積み込んだ回数や、自動ショベルで土砂を仮積用バケット６に積み込んだ量や、ＣＣＤカメラなど（不図示）を用いた目視などにより判断する。すると、上部ピン１２ａ及び下部ピン１２ｂが鉛直レール部１４の下端から鉛直レール部１４内に入り込み、仮積用バケット６が鉛直レール部１４の案内により上昇する。

そして、図３に示すように、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の高さになると、ホイスト５によるワイヤ１０の巻上げを停止する。すると、下部ピン１２ｂは、鉛直レール部１４から水平レール部１５に入り込むことが可能となり、上部ピン１２ａは、鉛直レール部１４から水平レール部１５側に開放される。なお、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の高さに到達したことの判断は、様々な手法により実現することができる。例えば、ホイスト５がワイヤ１０の巻上げ長さを検出することにより行ってもよく、ホイスト５におけるワイヤ１０の巻取りローラにエンコーダを取り付けておき、このエンコーダの検出値に基づき行ってもよく、鉛直レール部１４に下部ピン１２ｂを検出する光電センサを取り付けておき、この光電センサの検出値に基づき行ってもよく、ＣＣＤカメラなど（不図示）を用いた目視により行ってもよい。

次に、ホイスト５から吊り下げられるワイヤ１０の長さを固定した状態で、ホイスト５を走行レール９に沿って水平レール部１５の延在方向、すなわち搬出用バケット４の昇降位置側に向けて走行させる。すると、下部ピン１２ｂが水平レール部１５内に入り込み、仮積用バケット６が水平レール部１５の案内により搬出用バケット４の昇降位置側に向けて横行する。このとき、上部ピン１２ａはガイドレール１３から開放されているが、ホイスト５から吊り下げられるワイヤ１０の長さは固定されているため、仮積用バケット６の姿勢は変わらない。

そして、図４に示すように、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の先端に到達すると、図６に示すように、更に、ホイスト５を搬出用バケット４の昇降位置側に向けて走行させるとともに、ホイスト５によりワイヤ１０を巻下げる。すると、下部ピン１２ｂが屈曲レール部１６の下端に降下し、屈曲レール部１６の下端に入り込んだ下部ピン１２ｂを軸として仮積用バケット６が搬出用バケット４の昇降位置側に転倒する。このとき、ワイヤ１０の先端に連結された吊具１１と仮積用バケット６の連結部６ｂとは揺動可能に連結されているため、仮積用バケット６の転倒が円滑に行われる。これにより、仮積用バケット６の注ぎ口６ａから土砂が搬出用バケット４に注ぎ込まれ、仮積用バケット６から搬出用バケット４への土砂の積み替えが行われる。なお、搬出用バケット４の外側にこぼれる土砂は、ストレーナー８により搬出用バケット４に案内される。また、搬出用バケット４は、揺動抑制装置（不図示）により固定されているため、搬出用バケット４が揺動することにより土砂がこぼれるのが防止される。なお、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の先端に到達したことの判断は、様々な手法により実現することができる。例えば、走行レール９を走行するホイスト５の駆動軸にエンコーダを取り付けておき、このエンコーダの検出値に基づき行ってもよく、水平レール部１５に下部ピン１２ｂを検出する光電センサなどを取り付けておき、この光電センサの検出値に基づき行ってもよく、ＣＣＤカメラなど（不図示）を用いた目視により行ってもよい。

仮積用バケット６から搬出用バケット４への土砂の積み替えが終了すると、ホイスト５によりワイヤ１０を巻上げるとともに、ホイスト５を仮積用バケット６の昇降位置側に向けて走行させる。すると、図７に示すように、仮積用バケット６は、元の姿勢に戻されながら、下部ピン１２ｂが屈曲レール部１６から水平レール部１５に持ち上げられる。

その後、スケータークレーン（不図示）により、搬出用バケット４を巻上げてマテリアルシャフト３の上方まで上昇させ、搬出用バケット４に積み込まれた土砂を地上に設置されたホッパ（不図示）に排出し、再度搬出用バケット４を巻下げてマテリアルシャフト３内を下降させ、搬出用バケット４を待機場所に戻すまでの間に、仮積用バケット６を昇降、横行及び転倒させて、以下の動作を行わせる。

すなわち、ホイスト５から吊り下げられるワイヤ１０の長さを固定した状態で、ホイスト５を走行レール９に沿って仮積用バケット６の昇降位置側に向けて走行させる。すると、仮積用バケット６は、下部ピン１２ｂが挿入されている水平レール部１５の案内により、仮積用バケット６の昇降位置側に向けて横行する。なお、仮積用バケット６が上昇する搬出用バケット４に衝突しないように、搬出用バケット４を上昇させる前に仮積用バケットを横行させることが好ましい。

そして、図８に示すように、下部ピン１２ｂが鉛直レール部１４に到達すると、ホイスト５の水平方向への走行を停止する。すると、ガイドレール１３から開放されている上部ピン１２ａが鉛直レール部１４の壁部１４ｂに受け止められて、仮積用バケット６が仮積用バケット６の昇降位置に配置される。これにより、鉛直レール部１４による上部ピン１２ａ及び下部ピン１２ｂの鉛直方向への案内が可能となる。

次に、ホイスト５によりワイヤ１０を巻下げる。すると、上部ピン１２ａが鉛直レール部１４内に入り込み、仮積用バケット６が鉛直レール部１４の案内により下降する。

そして、図９に示すように、仮積用バケット６が掘削作業室Ａの積込位置Ｃに到達すると、ホイスト５によるワイヤ１０の巻下げを停止する。すると、仮積用バケット６は、掘削床に着地した状態又は宙吊り状態で待機し、土砂が積み込まれるのを待つ。

その後、上述した説明と同様に、掘削作業室Ａの天井面に設置された自動ショベル（不図示）を地上から遠隔操作して、掘削床を掘削した土砂を仮積用バケット６に仮積みし、ホイスト５によりワイヤ１０を巻上げて仮積用バケット６を上昇させる。そして、図１０に示すように、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の高さになると、ホイスト５によるワイヤ１０の巻上げを停止し、ホイスト５から吊り下げられるワイヤ１０の長さを固定した状態で、ホイスト５を走行レール９に沿って搬出用バケット４の昇降位置側に向けて走行させる。なお、搬出用バケット４が未だ待機場所に戻っていない場合は、仮積用バケット６が搬出用バケット４の昇降位置に入り込まない位置で、ホイスト５の走行を停止する。

そして、搬出用バケット４が待機場所に戻ってくると、ホイスト５を搬出用バケット４の昇降位置側に向けて走行させ、図４に示すように、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の先端に到達すると、図６に示すように、更に、ホイスト５を搬出用バケット４の昇降位置側に向けて走行させるとともに、ホイスト５によりワイヤ１０を巻下げて、仮積用バケット６を搬出用バケット４の昇降位置側に転倒させ、仮積用バケット６から搬出用バケット４に土砂を積み替える。

以後、同様に、搬出用バケット４が土砂を搬出している間に、仮積用バケット６を昇降、横行及び転倒させて掘削作業室Ａの掘削床で掘削した土砂を仮積みして、待機場所に戻ってきた搬出用バケット４に土砂を積み替えるというサイクルを繰り返す。

このように、本実施形態によれば、搬出用バケット４が仮積用バケット６から積み替えられた土砂を搬出している間に、仮積用バケット６に掘削作業室Ａで掘削された土砂を仮積みすることができる。そして、仮積用バケット６を昇降、横行及び転倒させることで仮積用バケット６に仮積みされた土砂が搬出用バケット４に積み替えられるため、土砂を仮積みするために仮積用バケット６を昇降させる仮積用バケット６の昇降位置を、搬出用バケット４の昇降位置から水平方向にずれた位置に配置することができる。これにより、仮積用バケット６と搬出用バケット４とを互いに干渉することなく独立して動作させることができるため、従来のように、搬出用バケットを脱着させるなど、土砂搬出装置１を複雑な構成とする必要がなくなる。このため、メンテナンス性を良くしつつ土砂の搬出効率を向上させることができる。

しかも、仮積用バケット６は、搬出用バケット４と異なりマテリアルシャフト３から土砂を搬出する必要がないことから、仮積用バケット６をマテリアルシャフト３の寸法に制限されることなく様々な形状とすることができる。このため、仮積用バケット６を搬出用バケットよりも大容量とすることで、底部で掘削された土砂の仮積み効率を格段に向上させることができる。また、仮積用バケット６に嘴状の注ぎ口６ａを形成することで、仮積用バケット６から搬出用バケット４への土砂の積み替え効率を格段に向上させることができる。

また、仮積用バケット６に固定された上部ピン１２ａ及び下部ピン１２ｂを鉛直レール部１４及び水平レール部１５に挿入して仮積用バケット６を移動させることで、仮積用バケット６の昇降及び横行を所定の経路で行わせることができる。

そして、鉛直レール部１４の壁部１４ａの上端を、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の高さに位置した際に、上部ピン１２ａの高さよりも低い位置とすることで、仮積用バケット６を搬出用バケット４の昇降位置側に横行させる際に、上部ピン１２ａをガイドレール１３から開放することができる。このため、仮積用バケット６に移動などによる振動が発生したとしても、仮積用バケット６の横行及び転倒を円滑に行わせることができる。

また、鉛直レール部１４の壁部１４ｂの上端を、下部ピン１２ｂが水平レール部１５の高さに位置した際に、上部ピン１２ａの高さよりも高い位置とすることで、仮積用バケット６を仮積用バケット６の昇降位置側に横行させる際に、上部ピン１２ａを鉛直レール部１４の壁部１４ａで受け止めることができる。このため、仮積用バケット６を降下させる際に、上部ピン１２ａを鉛直レール部１４内に適切に挿入させることができる。

また、水平レール部１５の先端に屈曲レール部１６を設けることで、仮積用バケット６を下降させて転倒させる際に、下部ピン１２ｂが水平レール部１５を鉛直レール部１４側に滑るのを防止することができる。

また、仮積用バケット６及び搬出用バケット４を宙吊り状態として土砂の仮積み及び土砂の積み替えを行うことで、仮積用バケット６及び搬出用バケットの姿勢が安定し、土砂の仮積み効率及び土砂の積み替え効率を更に向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ニューマチックケーソン工法に適用するものとして説明したが、立坑において土砂を搬出するものであれば、如何なる工法及び場所に適用してもよい。

また、上記実施形態では、仮積用バケット６を昇降、横行及び転倒させるためにガイドレール１３を用いるものとして説明したが、仮積用バケット６を昇降、横行及び転倒させることができれば、如何なる手法を採用してもよく、例えば、ホイストによる仮積用バケットの巻上げ及び巻下げにより仮積用バケット６を昇降、横行及び転倒させてもよい。

また、上記実施形態では、仮積用バケット６の昇降、横行及び転倒は、ホイスト５により行うものとして説明したが、仮積用バケット６を昇降、横行及び転倒させることができれば如何なる手段により行ってもよい。

また、上記実施形態では、仮積用バケット６を横行及び転倒させる際に、上部ピン１２ａをガイドレール１３から開放するものとして説明したが、仮積用バケット６を横行及び転倒させる際も、上部ピン１２ａをガイドレールに案内させるものとしてもよい。この場合、上部ピン１２ａの移動経路にガイドレールを配置すればよい。

また、上記実施形態では、屈曲レール部１６を設けるものとして説明したが、仮積用バケット６を転倒させる際に下部ピン１２ｂの滑りが問題にならなければ、特に屈曲レール部１６を設けなくてもよい。

１…土砂搬出装置、２…ケーソン、３…マテリアルシャフト（立坑）、４…搬出用バケット、５…ホイスト（仮積用容器移動手段）、６…仮積用バケット（仮積用容器）、６ａ…注ぎ口、６ｂ…連結部、７…揺れ止め部材、８…ストレーナー、９…走行レール、１０…ワイヤ、１１…吊具、１２…ガイドピン、１２ａ…上部ピン、１２ｂ…下部ピン、１３…ガイドレール（ガイド）、１４…鉛直レール部、１４ａ，１４ｂ…壁部、１５…水平レール部、１５ａ，１５ｂ…壁部、１６…屈曲レール部、Ａ…掘削作業室、Ｂ…下部空間。

Claims (10)

1. 立坑の底部で掘削された土砂を搬出する土砂搬出装置であって、
   昇降可能に保持されて前記立坑から土砂を搬出する搬出用バケットと、
   前記底部で掘削された土砂が仮積みさせる仮積用容器と、
   前記仮積用容器を昇降、横行及び転倒させて、前記仮積用容器に仮積みされた土砂を前記搬出用バケットに積み替える仮積用容器移動手段と、
   前記仮積用容器の移動を案内するガイドと、
   を有し、
   前記仮積用容器移動手段は、前記ガイドに沿って前記仮積用容器を昇降、横行及び転倒させることを特徴とする、土砂搬出装置。
2. 前記仮積用容器は、前記搬出用バケットよりも大容量であることを特徴とする、請求項１に記載の土砂搬出装置。
3. 前記仮積用容器は、嘴状の注ぎ口が形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の土砂搬出装置。
4. 前記仮積用容器には、側方に突出したガイドピンが設けられ、
   前記ガイドは、前記ガイドピンが挿入されるガイドレールであって、前記ガイドピンを鉛直方向に案内する鉛直レール部と、前記鉛直レール部の一方側に連結されて前記ガイドレールを水平方向に案内する水平レール部と、を備えることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の土砂搬出装置。
5. 前記ガイドピンは、前記仮積用容器の上部に固定された上部ピンと、前記仮積用容器の下部に固定された下部ピンと、を備えており、
   前記鉛直レール部は、前記下部ピンが前記水平レール部の高さに位置した際に、前記上部ピンを前記水平レール部側に開放するとともに、前記水平レール部は、前記下部ピンのみを水平方向に案内し、
   前記仮積用容器移動手段は、前記下部ピンが前記水平レール部に挿入された状態で前記仮積用容器を横行させ、前記下部ピンが前記水平レール部の先端に位置した際に、前記仮積用容器を前記水平レール部の延在方向に移動させるとともに前記仮積用容器を下降させることで、前記仮積用容器を転倒させることを特徴とする、請求項４に記載の土砂搬出装置。
6. 前記鉛直レール部は、前記下部ピンが前記水平レール部の高さに位置した際に、前記上部ピンにおける前記水平レール部の反対側を鉛直方向に案内することを特徴とする、請求項５に記載の土砂搬出装置。
7. 前記水平レール部の延在方向先端が下方に向けて屈曲されていることを特徴とする、請求項４〜６の何れか１項に記載の土砂搬出装置。
8. 立坑の底部で掘削された土砂を搬出する土砂搬出工法であって、
   土砂が積み込まれた搬出用バケットを上昇させて土砂を搬出している間に、仮積用容器を前記仮積用容器の移動を案内するガイドに沿って横行及び下降させて前記底部で掘削された土砂を仮積用容器に仮積みするとともに、土砂が仮積みされた仮積用容器を前記ガイドに沿って上昇及び横行させ、
   前記搬出用バケットが戻ってくると、前記ガイドに沿って前記仮積用容器を転倒させて前記仮積用容器に仮積みされた土砂を前記搬出用バケットに積み替えることを特徴とする、土砂搬出工法。
9. 前記仮積用容器を宙吊り状態に保持して前記仮積用容器に土砂を仮積みし、
   前記搬出用バケットを宙吊り状態に保持して前記仮積用容器から前記搬出用バケットに土砂を積み替えることを特徴とする、請求項８に記載の土砂搬出工法。
10. 前記立坑は、ニューマチックケーソン工法におけるマテリアルシャフトであることを特徴とする、請求項８又は９に記載の土砂搬出工法。

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