JP6050172B2 - 斜め土留め壁形成装置及びそれを用いる地下構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中を掘削するチェーンコンベアカッタを含む斜め土留め壁形成装置及びその装置を用いる地下構造物の構築方法に関するものである。

基礎フーチング、地中梁、地中埋設管（水路も含む）、ボックスカルバート等の地下構造物を開削工法で構築する場合、土留め施工後に開削し、しかる後地下構造物を築造する工法が一般的である。

土留めでは、一定の掘削深さを超えると、土留め壁を支持する切り梁、腹起し、グラウンドアンカ等の支保工が必要になる。

支保工を用いると、支保工の組立、支保工を避けてのコンクリート打ち継ぎ等、本来の工事とは別の副次的作業及びそれに要する時間が必要となり、工期の延長やコストアップが避けられない。

このため、特許文献２には、鋼矢板を斜め（鉛直に対して、例えば１０度程度）に傾けて用いる斜め土留め工法が記載されている。

斜め土留め工法では、支保工を用いないから、掘削等が容易であるが、一方、土留め壁の変形が大きくなりやすいという問題もある。

この問題に対し、土留め壁の剛性を鋼矢板による場合よりも向上させればよい。さらには、鋼矢板を別の部材で補強するのではなく、土留め壁そのものの剛性を高めるのが望ましい。

そのためには、１本又は複数本のオーガを回転させて地中を掘削すると共に、セメントミルクを吐出して掘削土壌を混合・撹拌し、円筒状のソイルセメント柱を斜めに連続的にして、ソイルセメント製の斜め土留め壁を形成することが考えられる。

しかしながら、オーガは、回転軸の先端部に取り付けられる回転翼が片持ち状に支持されているに過ぎない。

したがって、斜めに支持して回転させると、掘削深度が増えるにつれ、先端部であるオーガを支持する回転軸が重力により下向きに撓んで、指定された角度を維持できなくなることが十分予想される。このため、オーガ式の掘削機では実用にならない。

一方、特許文献１（特許第４５０４０９５号公報）には、オーガ式に変わる掘削機として、先に土砂等の搬出性能に優れたチェーンコンベアカッタが記載されている。特に、特許文献１の図１、図２及び図４を参照されたい。

本願は、特許文献１記載の技術をさらに改善し、斜め土留め工法による斜めのソイルセメント製土留め壁であって、所定角度を維持できるものを提供しようとするものである。
特許第４５０４０９５号公報 特開２０１０−２２９６２６号公報

本発明は、斜め土留め工法を実施するために実用的な斜め土留め壁形成装置及びその関連技術を提供することを目的とする。

第１の発明に係る斜め土留め壁形成装置は、チェーンコンベアカッタと、チェーンコンベアカッタを鉛直方向に対して所定角度傾斜して起立させる杭打ち機と、チェーンコンベアカッタを杭打ち機に対して昇降自在に連結する連結ユニットとを備える。

チェーンコンベアカッタは、ポスト本体と、地中を掘削する複数のビットを有しポスト本体を周回するチェーンと、ポスト本体の長手方向と平行に固定されるカッタガイド棒とを有する。

杭打ち機は、地上を走行する杭打ち機本体と、杭打ち機本体に対して傾斜可能に支持される杭打ち機リーダと、杭打ち機リーダを杭打ち機本体に対して起伏させる起伏用アームと、杭打ち機リーダの長手方向に平行に固定されるリーダガイド棒とを有する。

連結ユニットは、カッタガイド棒にスライド自在に周接すると共に、所定角度の傾斜による荷重方向を超えてカッタガイド棒を包囲する第１の受け面を有するカッタホルダと、リーダガイド棒にスライド自在に周接すると共に、所定角度の傾斜による荷重方向を超えてリーダガイド棒を包囲する第２の受け面を有するリーダホルダとを有する。

この構成により、杭打ち機リーダ及びチェーンコンベアカッタを鉛直方向に対して所定角度傾斜して支持することができる。

したがって、チェーンコンベアカッタにより地中を掘削すると、上記所定角度をなす角柱状の切削空間が形成され、チェーンコンベアカッタよりセメントミルクを吐出し土砂と撹拌し、硬化させると、斜めの土留め柱が形成される。

さらに、斜めの土留め柱を横方向に並列させることにより、目的の斜め土留め壁（ソイルセメント製）が形成される。

ここで、杭打ち機リーダとチェーンコンベアカッタとは、連結ユニットにより平行に位置決めされるし、また、地中に形成させる４面の切削面によってチェーンコンベアカッタが挟まれるため、オーガ式のように切削面が下方に垂れ下がるように曲がることはない。

一方、チェーンコンベアカッタが所定角度で鉛直方向から傾いているため、チェーンコンベアカッタの自重は、傾斜を鉛直方向に戻す成分を有し、その成分は、リーダホルダに設けられた第１の受け面からカッタガイド棒へ、カッタホルダに設けられた第２の受け面からカッタガイド棒へ、それぞれ作用する。

しかしながら、上記構成において、これらの受け面が傾斜による荷重方向を超えてそれぞれのガイド棒を包囲するように形成されているため、広い面で荷重を受けることができ、面圧を抑制できる。したがって、これらのガイド棒にホルダが食い込んでガイド棒を傷つけたり、ガイド棒が偏摩耗することはなく、円滑に斜め土留め壁を形成できる。

第２の発明に係る斜め土留め壁形成装置では、第１の発明に加え、連結ユニットは、少なくとも杭打ち機リーダの下部に配設される。

この構成により、チェーンコンベアが杭打ち機から離れてフリーになる直前の位置でチェーンコンベアを支持して、チェーンコンベアの角度を適正に保持することができる。

第３の発明に係る斜め土留め壁形成装置では、第１の発明に加え、チェーンコンベアカッタの下部において、少なくとも所定角度の傾斜により下側となる側部には、複数のビットの移動領域の外縁とポスト本体の側部との間に形成され得る隙間を埋め、かつ地中に形成される切削面と接面する摺板が、ポスト本体の側部に設けられる。

この構成により、チェーンコンベアカッタの自重が作用する側である、側面と切削面との隙間を摺板で埋め、摺板と切削面とが密着することにより、切断面からの抗力を利用して、チェーンコンベアカッタの角度を一層正確に保持することができる。

よって、以上の斜め土留め壁形成装置を使用して傾斜して対面する一対の斜め土留め壁を形成し、一対の斜め土留め壁により挟まれる領域の土壌を除去して空間を形成し、空間内に地下構造物を築造することができる。

本発明によれば、所定角度を維持する斜めの土留め柱を横方向に並列させて、目的の斜め土留め壁を形成できる。チェーンコンベアカッタは地中において切削面によって挟まれているし、連結ユニットにより支持されているため、オーガ式のように切削面が下方に垂れ下がるように曲がることはない。

しかも、連結ユニットの受け面が広い面で荷重を受け、ガイド棒の損傷なしに円滑に斜め土留め壁を形成できる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施の形態における斜め土留め壁形成装置の側面図、図２、図３はそれぞれ同連結ユニット付近の拡大側面図、拡大平面図であり、図４（ａ）は同リターン部付近の拡大側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ線矢視図である。

図１に示すように、本形態の斜め土留め壁形成装置は、地面１上を走行する杭打ち機２と、杭打ち機２に連結ユニット２０を介して、杭打ち機２に対して昇降自在に支持されるチェーンコンベアカッタ７とを備える。

本例では、切削深度を２１ｍ程度、鉛直方向に対する傾斜角度θを−５度乃至１０度程度、切削幅１ｍ程度とする。

ここで、角度θは、図１に示すように、鉛直方向を０度とし、杭打ち機リーダ３及びチェーンコンベアカッタ７の上端部が鉛直方向よりも後ろ側に傾いている場合を正にとる。即ち、角度θが−５度というのは、杭打ち機リーダ３及びチェーンコンベアカッタ７の上端部が鉛直方向よりも前側に５度傾いている場合を示す。

以上の諸元を満たすには、チェーンコンベアカッタ７の全長が３０ｍ程度、最大有効切削長が２３ｍ程度となる。勿論、これらの数値は例示に過ぎず、種々変更して差し支えない。

杭打ち機２は、上記チェーンコンベアカッタ７を適切に支持できるものであれば任意であり、市販の製品を使用して差し支えない。

杭打ち機２は、自走可能な杭打ち機本体２ａと、杭打ち機本体２ａの前方に、その下端部が首振り自在に支持される長尺な杭打ち機リーダ３と、内部に油圧シリンダ（図示せず）を収納し、杭打ち機リーダ３の上部を起伏させる起伏用アーム２ｂとを有する。

杭打ち機リーダ３の前面には、杭打ち機リーダ３の長手方向と平行なリーダガイド棒３ａが固定されている。さらに、杭打ち機リーダ３の上端部には、前方にオーバーハングする係止部４が設けられ、係止部４にはプーリ４ａが回転自在に軸支される。

プーリ４ａには、ワイヤ５が架け渡され、ワイヤ５の反対側は、チェーンコンベアカッタ７の上端部にあるカッタフック６に接続される。したがって、ワイヤ５を伸縮させると、杭打ち機リーダ３に対して、チェーンコンベアカッタ７を昇降させることができる。

チェーンコンベアカッタ７の上端部は、内部に電動機、駆動スプロケット等（図示せず）を収納する駆動部１９となっており、また下端部は、リターンローラ３０を有し、この下端部が主として地中で仕事をして、掘削作業を行う。

駆動スプロケット及びリターンローラ３０には、図３、図４（ａ）に示すように、一対のチェーン１５が架け渡され、駆動スプロケットが回転すると、一定軌道に沿ってチェーン１５がポスト本体８の周囲を周回する。

チェーンコンベアカッタ７の下端部は、リターン部１８であり、図４（ａ）、（ｂ）のように構成されるのが望ましい。

特に、図４（ａ）に示すように、リターン部１８の付近にスラリ吐出口１６を設け、このスラリ吐出口１６へセメントミルクを供給し、リターン部１８付近で、セメントミルクを切削面で囲まれた空間内へ排出し、切削された土壌と混合する。

また、図４（ｂ）に示すように、リターン部１８付近に傾斜計１７を配設し、地中におけるリターン部１８の角度が所定範囲に属するか否かを検出することも好ましい。

さて、ポスト本体８等を水平面で切断すると、図３に示すようになる。ここで、ポスト本体８は、例えば、一般構造用圧延鋼２種で縦弾性係数が２．１＊１０⁷kgf/cm²程度とし、その断面係数は４５００cm³程度とすると好適である。勿論、これらの数値は例示に過ぎず、種々変更して差し支えない。

ポスト本体８の両側面から外側に向けて一対の隔壁１１が突設され、一対のチェーン１５は隔壁１１に挟まれた空間を移動する。一対のチェーン１５の間には、スクレーパ１４の両端部が固定され、スクレーパ１４は、チェーン１５の移動に伴って、土砂を圧送する。

さらにスクレーパ１４を介して、チェーン１５の外側には、ビット板１２が所定ピッチ毎に固定され、各ビット板１２には、複数のビット１３が外向きになるように固定されている。なお、隔壁１１の先端縁とビット板１２の内面とは、スライド自在に接している。

これらのビット１３が地中を掘削する中核の要素であり、ビット１３の先端部の軌跡によって、チェーンコンベアカッタ７が形成する４つの切削面の形状が決定される。

上述したように、チェーンコンベアカッタ７と杭打ち機リーダ３とは、連結ユニット２０により、互いに平行でスライド自在に連結される。図３を参照しながら、連結ユニット２０について詳細に説明する。

図３に示す連結ユニット２０は、杭打ち機リーダ３の下端部付近に支持される。このほか、図１に示す駆動部１９の上部と下部にも、同様の連結ユニット２０’を設けることが望ましいが、連結ユニット２０を設ける個数や位置は種々変更できる。

さて、図３において、杭打ち機リーダ３の側面からチェーンコンベアカッタ７側へ向けて水平な支持板３ｂが突設され、支持板３ｂの両角部には、図３紙面に垂直（この方向は、所定角度θだけ鉛直方向に対して傾いている）に円筒状で一対のリーダガイド棒３ａの側面が固着される。

一方、チェーンコンベアカッタ７側について、ポスト本体８から杭打ち機リーダ３側へ向けて左右一対のアームプレート９が延設され、その先端部には、一対のカッタガイド棒１０の側面に固着される。

そして、リーダガイド棒３ａ、３ａと、カッタガイド棒１０、１０とに、次の連結ユニット２０が図３紙面垂直方向にスライド可能に装着される。

連結ユニット２０は、次の要素を有する。中央は、略矩形又は円形をなすユニット本体２１であり、その中心線上に透孔２２ａを有するユニットフック２２の底部がユニットフック２２が起立するように固着される。

図２に示すように、ユニットフック２２の透孔２２ａには、ユニットワイヤ２３が接続される。なお、ユニットワイヤ２３は、ワイヤ５とは、別個独立のものである。連結ユニット２０が配置される高さ方向の位置は、ユニットワイヤ２３を伸縮させることにより決定される。

図３に示すように、ユニット本体２１の杭打ち機リーダ３側には、リーダホルダ２４が設けられ、チェーンコンベアカッタ７側には、カッタホルダ２５が設けられる。

カッタホルダ２５には、カッタガイド棒１０の周面約４分の３と周接する第１の受け面２５ａが形成され、リーダホルダ２４には、リーダガイド棒３ａの周面約４分の３と周接する第２の受け面２４ａが形成される。

特に、図３の斜線部で示すように、これらの面２５ａ、２４ａについて、所定角度の傾斜による荷重方向（矢印Ｗ）を超えてカッタガイド棒１０、リーダガイド棒３ａをそれぞれ包囲している点に注目されたい。

図１に示すように、所定角度θが正であり、杭打ち機リーダ３及びチェーンコンベアカッタ７のそれぞれの上端部が後ろ側へ傾斜しているとき、チェーンコンベアカッタ７に作用する重力の角θ接線方向成分は、矢印Ｗで示すように、チェーンコンベアカッタ７から杭打ち機リーダ３側へ作用する。

ここで、図３において、斜線で示した部分を設けず省略すると、カッタガイド棒１０と第１の受け面２５ａ、あるいはリーダガイド棒３ａと第２の受け面２４ａの接触面積が小さくなり、接触部分がこれらのガイド棒１０、３ａに強く食い込んで、傷を生じたり偏摩耗を起こしやすくなる。

一旦このような損傷を生ずると、杭打ち機リーダ３とチェーンコンベアカッタ７との平行度が低下し、部品交換など大規模な補修が必須となる。しかしながら、本形態では、以上のように接触面積を増やし面圧を低下させているので、このような不都合を十分抑制することができる。

さらには、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、最も撓みやすいリターン部１６において、次のような手当を施すのが望ましい。

リターン部１８に次のように摺板３３を追加する。即ち、所定角度θの傾斜により下側となる側部（本例では、角度θが正であるため、図４（ａ）の右側）において、リターンローラ３０の中心部分に円盤状の軸部摺板３１を取付け、また周縁部分にＵ字状の周縁摺板３２を取り付ける。

このようにすると、ビット１３の移動領域の外縁とポスト本体８の側部との間に形成され得る隙間が摺板３３で埋められ、摺板３３は、地中に形成される切削面と接面することになる。

こうすれば、摺板３３と切削面とが密着し、摺板３３に切断面からの抗力が作用するので、チェーンコンベアカッタ７の角度θを一層正確に保持できる。

勿論、図４（ａ）に斜線部で示した側の反対側にも同様の摺板を設けても良い。さらに、本例では、摺板３３を軸部摺板３１と周縁摺板３２とに分けて構成したが、特に支障がなければこれらを一体化しても差し支えない。

以上の斜め土留め壁形成装置を使用すれば、
（工程１）後傾して対面する一対の斜め土留め壁を形成する工程、
（工程２）一対の斜め土留め壁により挟まれる領域の土壌を除去して空間を形成する工程、
（工程３）形成された空間内に地下構造物を築造する工程
からなる方法を実施できることは容易に理解されよう。

地下構造物は、任意である。例えば、基礎フーチング、地中梁、地中埋設管、ボックスカルバート等周知のものを自由に組み合わせることができる。

また、（工程３）のまま放置しても良いし、再度土壌を埋め戻し、斜め土留め壁の外側のレベルと同じにしても良い。さらには、土壌を埋め戻す前に、斜め土留め壁を撤去しても良いし、そのまま残置させても良い。

本発明の一実施の形態における斜め土留め壁形成装置の側面図 本発明の一実施の形態における連結ユニット付近の拡大側面図 本発明の一実施の形態における連結ユニット付近の拡大平面図 （ａ）本発明の一実施の形態におけるリターン部付近の拡大側面図 （ｂ）図４（ａ）のＡ線矢視図

１ 地面
２ 杭打ち機
２ａ 杭打ち機本体
２ｂ 起伏用アーム
３ 杭打ち機リーダ
３ａ リーダガイド棒
４ 係止部
５ ワイヤ
６ カッタフック
７ チェーンコンベアカッタ
８ ポスト本体
９ アームプレート
１０ カッタガイド棒
１１ 隔壁
１２ ビット板
１３ ビット
１４ スクレーパ
１５ チェーン
１６ スラリ吐出口
１７ 傾斜計
１８ リターン部
１９ 駆動部
２０ 連結部
２１ ユニット本体
２２ ユニットフック
２３ ユニットワイヤ
２４ａ 第２の受け面
２５ カッタホルダ
２５ａ 第１の受け面
３０ リターンローラ
３１ 軸部摺板
３２ 周縁摺板
Ｗ 荷重方向

Claims (4)

1. チェーンコンベアカッタと、
   前記チェーンコンベアカッタを鉛直方向に対して所定角度傾斜して起立させる杭打ち機と、
   前記チェーンコンベアカッタを前記杭打ち機に対して昇降自在に連結する連結ユニットとを備える斜め土留め壁形成装置であって、
   前記チェーンコンベアカッタは、
   ポスト本体と、
   地中を掘削する複数のビットを有し前記ポスト本体を周回するチェーンと、
   前記ポスト本体の長手方向と平行に固定されるカッタガイド棒とを有し、
   前記杭打ち機は、
   地上を走行する杭打ち機本体と、
   前記杭打ち機本体に対して傾斜可能に支持される杭打ち機リーダと、
   前記杭打ち機リーダを前記杭打ち機本体に対して起伏させる起伏用アームと、
   前記杭打ち機リーダの長手方向に平行に固定されるリーダガイド棒とを有し、
   前記連結ユニットは、
   前記カッタガイド棒にスライド自在に周接すると共に、前記所定角度の傾斜による荷重方向を超えて前記カッタガイド棒を包囲する第１の受け面を有するカッタホルダと、
   前記リーダガイド棒にスライド自在に周接すると共に、前記所定角度の傾斜による荷重方向を超えて前記リーダガイド棒を包囲する第２の受け面を有するリーダホルダとを有することを特徴とする斜め土留め壁形成装置。
2. 前記連結ユニットは、少なくとも前記杭打ち機リーダの下部に配設される請求項１記載の斜め土留め壁形成装置。
3. 前記チェーンコンベアカッタの下部において、少なくとも前記所定角度の傾斜により下側となる側部には、前記複数のビットの移動領域の外縁と前記ポスト本体の側部との間に形成され得る隙間を埋め、かつ地中に形成される切削面と接面する摺板が、前記ポスト本体の側部に設けられる請求項１または２記載の斜め土留め壁形成装置。
4. 請求項１から３のいずれか記載の斜め土留め壁形成装置を使用して傾斜して対面する一対の斜め土留め壁を形成し、
   前記一対の斜め土留め壁により挟まれる領域の土壌を除去して空間を形成し、
   前記空間内に地下構造物を築造する地下構造物の構築方法。